WO2023121403A1 - 디스플레이 패널 및 이를 채용한 디스플레이 장치 - Google Patents

디스플레이 패널 및 이를 채용한 디스플레이 장치 Download PDF

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WO2023121403A1
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primary color
display panel
micro led
sub
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금창민
배중권
김찬열
정석재
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삼성전자 주식회사
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    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
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Definitions

  • the present disclosure relates to a display panel and a display device employing the same.
  • micro LED display panel using a micro light emitting diode (LED) device has been actively developed.
  • These micro LED display panels use self-luminous properties of micro LEDs to provide virtual images for use in subminiature projectors or near-eye display devices such as head-mount displays (HMD) for AR/VR. can be used to do
  • QDs quantum dots
  • a display panel includes a substrate; a first subpixel array including first subpixels arranged in a first region on the substrate to form a first primary color image; a second subpixel array including second subpixels arranged in a second region on the substrate to form a second primary color image; and a third subpixel array including third subpixels arranged in a third region on the substrate to form a third primary color image.
  • the first to third regions are configured to be spatially separated and adjacent side by side on the same surface of the substrate, and the first to third subpixels are grouped by the same primary color and the first to third regions are respectively located in the first to third regions. patterned into sub-pixel arrays.
  • a spacing between the first subpixel array and the second subpixel array and a spacing between the second subpixel array and the third subpixel array may be the same as pitches of the first to third subpixel arrays.
  • a first distance between the first subpixel array and the second subpixel array and a second distance between the second subpixel array and the third subpixel array may be greater than the pitches of the first to third subpixel arrays.
  • each of the first subpixels includes at least one first primary color light emitting device
  • each of the second subpixels includes at least one second primary color light emitting device
  • each of the third subpixels includes at least one One third primary color light emitting device may be included.
  • the first to third primary color light emitting devices may be a red micro LED device, a green micro LED device, and a blue micro LED device, respectively.
  • the first primary color light emitting element includes an excitation light micro LED element, and is provided on the excitation light micro LED element to absorb excitation light emitted from the excitation light micro LED element and emit light of the first primary color.
  • a conversion layer may be included.
  • the second primary color light emitting device includes an excitation light micro LED device and a second primary color color conversion layer provided on the excitation light micro LED device to absorb the excitation light emitted from the excitation light micro LED device and emit light of a second primary color. can do.
  • the excitation light is blue light
  • the first primary color conversion layer includes first quantum dots that absorb blue light and emit red light
  • the second primary color conversion layer includes second quantum dots that absorb blue light and emit green light.
  • the first primary color conversion layer may include a plurality of first quantum dot layers having different first quantum dot densities.
  • the first quantum dot density of an upper layer among the plurality of first quantum dot layers may be smaller than the first quantum dot density of the upper layer.
  • the excitation light is ultraviolet light
  • the third primary color light emitting element is provided on the ultraviolet light micro LED element and the ultraviolet light micro LED element to absorb ultraviolet light emitted from the ultraviolet light micro LED element and emit blue light.
  • 3 primary color color conversion layers may be included.
  • the third primary color conversion layer may include third quantum dots that absorb ultraviolet light and emit blue light.
  • the first primary color light emitting device may further include a first dichroic mirror layer provided on the first primary color conversion layer and reflecting excitation light passing through the first primary color conversion layer to the first primary color conversion layer. there is.
  • the first primary color light emitting element is provided between the excitation light micro LED element and the first primary color conversion layer to convert light of the first primary color converted in the first primary color conversion layer and directed toward the excitation light micro LED element.
  • a second dichroic mirror layer that reflects the color conversion layer may be further included.
  • a reflective barrier rib may be provided between the first to third primary color light emitting devices.
  • a display device includes a display panel; and the first light corresponding to the first primary color image output from the first subpixel array of the display panel, the second light corresponding to the second primary color image output from the second subpixel array, and the third subpixel array. It may include; a combining optical system for combining the third light corresponding to the output third primary color image.
  • a display panel may include a substrate; a first sub-pixel array including first sub-pixels arranged in a first region on a substrate and forming a first primary color image; a second sub-pixel array including second sub-pixels arranged in a second area on the substrate different from the first area and forming a second primary color image; and third sub-pixels arranged in a third area on the substrate different from the first and second areas, wherein the third sub-pixels are combined with the first and second primary color images to form a third primary color image constituting a full-color image. It includes; sub-pixel array.
  • the combining optical system may be an image combiner that combines the first to third lights and guides them to the user's eye motion box.
  • the image combiner is positioned to face at least one waveguide and the first to third sub-pixel arrays, respectively, and the first to third inputs couple the first to third lights to the at least one waveguide. It may include a coupler and an output coupler that outputs the first to third lights from at least one waveguide to the user's eye motion box.
  • the at least one waveguide includes first to third waveguides for guiding first to third lights, respectively, and first to third input couplers are provided on the first to third waveguides, respectively.
  • the second waveguide may not have an area facing the first sub-pixel array
  • the third waveguide may not have an area facing the first and second sub-pixel arrays.
  • the display device may be a virtual reality device or an augmented reality device.
  • the combining optical system may include an X-cube prism for coupling paths of first to third lights, and a plurality of reflecting members for changing paths of first to third lights toward the X-cube prism.
  • the combining optical system may include first to third lenses that project the first to third lights in an overlapping manner on one screen.
  • FIG. 1 is a plan view schematically illustrating a pixel layout of a display panel according to an exemplary embodiment.
  • FIG 2 is a side view of a display panel according to an exemplary embodiment.
  • 3A to 3E are diagrams illustrating a manufacturing process of a display panel according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a side view of a display panel according to an exemplary embodiment.
  • 5A to 5F are diagrams illustrating a manufacturing process of a display panel according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view schematically illustrating a sub-pixel arrangement of a display panel according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 7 is a side view of a display panel according to an exemplary embodiment.
  • FIG 8 is a side view of a display panel according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 shows a schematic structure of a display panel according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional side view schematically illustrating a structure of a monochromatic micro LED device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 11 illustrates relative radiation emitted from the micro LED device according to the mean free path (MFP) of the lower layer when the color conversion layer of the monochromatic micro LED device according to an embodiment is a double layer (thickness: 10 ⁇ m/10 ⁇ m). It is a chart showing relative (radiant flux) in contrast to the case of the comparative example, which is a single layer.
  • MFP mean free path
  • the relative radiation flux emitted from the micro LED device according to the MFP of the lower layer is a single layer when the color conversion layer of the monochromatic micro LED device according to an embodiment is a double layer (thickness: 2.5 ⁇ m/2.5 ⁇ m). It is a diagram showing the case by case.
  • FIG. 13 is a side cross-sectional view schematically illustrating a structure of a monochromatic micro LED device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 14 is a side cross-sectional view schematically illustrating a structure of a monochromatic micro LED device according to an exemplary embodiment.
  • 15 is a diagram schematically illustrating a display device according to an exemplary embodiment.
  • 16 is a diagram schematically illustrating a display device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 17 schematically illustrates an augmented reality device according to an embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram schematically illustrating a display device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram schematically illustrating a display device according to an exemplary embodiment.
  • 'primary color' means a single color that can be combined to form a full color, such as red, green, and blue.
  • FIG. 1 is a plan view schematically illustrating a pixel layout of a display panel 100 according to an exemplary embodiment.
  • the display panel 100 includes first to third sub-pixels 131 , 132 , and 133 provided on a substrate 110 .
  • the substrate 110 may be any one of a glass substrate, a flexible substrate, and a plastic substrate.
  • the substrate 110 may include a thin film transistor (TFT) layer (not shown) and wiring (not shown) electrically connecting circuits disposed on the back side of the substrate.
  • TFT thin film transistor
  • a plurality of first to third sub-pixels 131 , 132 , and 133 are arranged on the substrate 110 in a state of being electrically connected to the TFT layer to form the first to third sub-pixels.
  • Arrays 121, 122 and 123 are formed.
  • the first to third sub-pixels 131 , 132 , and 133 form first to third primary color images, and are grouped by the same primary color to be spatially separated on the substrate 110 and next to each other next to each other.
  • the first to third subpixel arrays 121 , 122 , and 123 are patterned in the third regions R1 , R2 , and R3 .
  • patterning means that the light emitting elements (eg, micro LED elements) constituting the first to third sub-pixels 131, 132, and 133 are transferred to the substrate 110 through a process such as transfer or inkjet printing. ) means that it is placed on
  • the first sub-pixel array 121 includes first sub-pixels 131 arranged in the first region R1 on the substrate 110 and forms a first primary color image. Since the arrangement of the first subpixels 131 includes two or more rows and two or more columns, a first primary color image can be formed in the first subpixel array 121 .
  • the first primary color may be, for example, any one of red, green, and blue.
  • Each of the first sub-pixels 131 may include at least one first light emitting device and emit light corresponding to a first primary color image.
  • the first light emitting device may be a red light emitting device, in which case the first sub-pixels 131 become red sub-pixels, and the first sub-pixel array 121 emits light of a red image.
  • the second subpixel array 122 includes second subpixels 132 arranged in a second region R2 different from the first region R1 on the substrate 110 and forms a second primary color image. That the second region R2 is different from the first region R1 means that the first region R1 and the second region R2 are spatially separated from each other without overlapping each other.
  • Each of the second sub-pixels 132 may include at least one second light emitting element and emit light corresponding to a second primary color image.
  • the arrangement of the second sub-pixels 132 includes two or more rows and two or more columns, so that a second primary color image can be formed in the second sub-pixel array 122 .
  • the second primary color may be, for example, any one of red, green, and blue.
  • the second light emitting device may be a green light emitting device. In this case, the second sub-pixels 132 become green sub-pixels, and the second sub-pixel array 122 emits light of a green image.
  • the third sub-pixel array 123 includes third sub-pixels 133 arranged in a third region R3 different from the first and second regions R1 and R2 on the substrate 110 and has a third primary color. form a burn
  • the fact that the third region R3 is different from the first and second regions R1 and R2 means that the third region R3 does not overlap and is spatially separated from the first region R1 and the second region R2.
  • the first to third regions R1 , R2 , and R3 are positioned on the same surface of the substrate 110 .
  • Each of the third sub-pixels 133 may include at least one third light emitting element and emit light corresponding to a third primary color image.
  • the arrangement of the third sub-pixels 133 includes two or more rows and two or more columns, so that a third primary color image can be formed in the third sub-pixel array 123 .
  • the third primary color may be, for example, any one of red, green, and blue.
  • the third light emitting device may be a blue light emitting device.
  • the third sub-pixels 133 become blue sub-pixels, and the third sub-pixel array 123 emits light of a blue image.
  • the first to third sub-pixel arrays 121, 122, and 123 may be located side by side and adjacent to each other.
  • the first to third sub-pixels 131, 132, and 133 may all have the same size, but are not limited thereto.
  • the brightness of the first to third light emitting devices constituting the first to third subpixels 131, 132, and 133 may be different, and thus the first to third subpixels 131, 132, and 133 may have different brightness. 133) may be different in size.
  • the pitches of the first to third subpixels 131, 132, and 133 may all be the same, but are not limited thereto.
  • the interval between the first sub-pixel array 121 and the second sub-pixel array 122 and the interval between the second sub-pixel array 122 and the third sub-pixel array 123 are the first to third sub-pixels. It may be the same as the pitch of (131, 132, 133), but is not limited thereto.
  • the first primary color image formed in the first sub-pixel array 121, the second primary color image formed in the second sub-pixel array 122, and the third primary color image formed in the third sub-pixel array 123 are They can be combined by a coupling optical system (eg, 920 in FIG. 13) to provide a full-color image.
  • a coupling optical system eg, 920 in FIG. 13
  • the first sub-pixel array 121 forms a red image
  • the second sub-pixel array 122 forms a green image
  • the third sub-pixel array 123 forms a blue image
  • a full-color image can be formed by combining green and blue images.
  • the first sub-pixel 131 located in the first sub-pixel array 121, the second sub-pixel 132 located in the second sub-pixel array 122, and the third sub-pixel array 123 The located third sub-pixel 133, for example, as red, green and blue sub-pixels, can be combined to operate as a full-color pixel.
  • the first to third light emitting devices 141 , 142 , and 143 constituting the first to third sub-pixels 131 , 132 , and 133 emit light by themselves without a backlight. It may be a micro LED chip containing a material. In one embodiment, the micro LED chip may have a width, length, and height of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, respectively.
  • each of the first light emitting elements 141 is a red micro LED chip emitting red light
  • each of the second light emitting elements 142 is a green micro LED chip emitting green light
  • Each of the light emitting elements 143 may be a blue micro LED chip emitting blue light.
  • FIG. 2 shows an empty space between the first to third light emitting devices 141, 142, and 143
  • a barrier rib (not shown) may be provided to prevent crosstalk.
  • the barrier ribs are formed between the first light emitting devices 141, between the second light emitting devices 142, between the third light emitting devices 143, and between the first to third subpixel arrays 121, 122, and 123. All can be provided in between.
  • the minimum space separated by the barrier rib may define one sub-pixel, and may be approximately 1 ⁇ m to 100 ⁇ m in width and length.
  • 3A to 3E are diagrams illustrating a manufacturing process of the display panel 100 according to an exemplary embodiment.
  • the first light emitting elements 141 constituting the first sub-pixels 131 are grown and manufactured on a growth substrate 180 .
  • a wavelength band of light emitted from the light emitting element (micro LED chip) 141 may be determined according to an inorganic light emitting material constituting the micro LED chip.
  • red, green, and blue micro LED chips can be manufactured by epitaxially growing nitride semiconductors having different compositional qualities and composition ratios on different growth substrates (eg, sapphire substrates) and forming n/p electrodes. there is.
  • the first light emitting elements 141 may be, for example, red micro LED chips.
  • the first light emitting devices 141 formed on the growth substrate 180 are transferred to the transfer substrate 190, and as shown in FIG. 3C, using the transfer substrate 190
  • the first light emitting elements 141 are transferred to the first region R1 on the substrate 110 .
  • the transfer process using the transfer substrate 190 is exemplary and does not limit the present embodiment. Transfer of the first light emitting devices 141 may be performed in units of the first sub-pixel array 121 .
  • the transferred first light emitting elements 141 may be understood as first sub-pixels 131, and may be, for example, red micro LED chips.
  • the second light emitting devices 142 are also manufactured through epitaxial growth on a separate growth substrate (not shown), and second sub-pixels are formed in the second region R2 on the substrate 110. It is transferred in array 122 units.
  • the transferred second light emitting elements 142 may be understood as second sub-pixels 132, and may be, for example, green micro LED chips.
  • the third light emitting elements 143 are also manufactured through epitaxial growth on a separate growth substrate (not shown), and a third subpixel is formed in the third region R3 on the substrate 110 It is transferred in array 123 units.
  • the transferred third light emitting elements 143 may be understood as third sub-pixels 133, and may be, for example, a blue micro LED chip.
  • the process of forming barriers (not shown) between individual light emitting devices may be performed on individual growth substrates before transfer of the first to third light emitting devices 141, 142, and 143. For example, after growing the first light emitting devices 141 on the growth substrate 180 in FIG. 3A, a process of forming barriers between the first light emitting devices 141 is performed, and then the transfer process may proceed.
  • partition walls between the individual light emitting devices or the first to third sub-pixel arrays 121, 122, 123) may be added to form partition walls (not shown).
  • red, green, and blue micro LED chips grown on different growth substrates are separated into individual chip units and then transferred to a substrate on which a pixel circuit is formed so as to be grouped by pixel.
  • the pixel size is determined by the area of the area where the red, green, and blue micro LED chips are gathered together.
  • the PPI can be increased. I'm having difficulty
  • the first to third light emitting elements 141, 142, and 143 are located in the first to third regions R1, R2, and R3 that are spatially separated from each other. It is transferred in units of three sub-pixel arrays 121, 122, and 123. Since the first to third light emitting devices 141, 142, and 143 do not need to be separated for individual chips and are transferred in units of the first to third sub-pixel arrays 121, 122, and 123, the first to third light emitting devices 141, 142, and 143 do not need to be separated. The size and pitch of the three sub-pixels 131, 132, and 133 can be reduced, and therefore, the manufacturing process according to the present embodiment is easy to increase the PPI.
  • the display panel disclosed above and a display device employing the same can overcome limitations of processing technology through a pixel layout in which sub-pixels are spatially separated for each primary color.
  • emitting light has been described as an example, it is not limited thereto.
  • the display panel 200 may use a color conversion method.
  • FIG. 4 shows a schematic structure of a display panel 200 according to an embodiment.
  • the first to third light emitting devices 241, 242, and 243 constituting the first to third sub-pixels 131, 132, and 133 use a color conversion method. Since it is substantially the same as the display panel 100 described with reference to FIGS. 1 and 2 except for, the differences will be mainly described.
  • the first light emitting elements 241 include the excitation light micro LED chips 220 arranged in the first region R1 on the substrate 110 and the excitation light emitted from the excitation light micro LED chips 220 . It includes a first color conversion layer 231 that absorbs light and emits light of a first primary color wavelength. These first light emitting devices 241 may be understood as first sub-pixels 131 and constitute the first sub-pixel array 121 .
  • the second light emitting elements 242 absorb the excitation light emitted from the excitation light micro LED chips 220 and the excitation light micro LED chips 220 arranged in the second region R2 on the substrate 110 and absorb the second light emitting elements 242 . and a second color conversion layer 232 emitting light of a primary color wavelength.
  • These second light emitting devices 242 may be understood as second sub-pixels 132 and constitute the second sub-pixel array 122 .
  • the third light emitting elements 243 absorb the excitation light emitted from the excitation light micro LED chips 220 and the excitation light micro LED chips 220 arranged in the third region R3 on the substrate 110 and absorb the excitation light emitted from the excitation light micro LED chips 220 and and a third color conversion layer 233 emitting light of a primary color wavelength.
  • These third light emitting elements 243 may be understood as third sub-pixels 133 and constitute the third sub-pixel array 123 .
  • a transparent layer 235 may be disposed on the excitation light micro LED chips 220 , and first to third color conversion layers 231 , 232 , and 233 may be provided on the transparent layer 235 .
  • the transparent layer 235 is a layer transparent to the excitation light.
  • the first to third color conversion layers 231 , 232 , and 233 are separated for each sub-pixel by the upper barrier rib 236 .
  • FIG. 4 shows an empty space between the excitation light micro LED chips 220, it goes without saying that partition walls (not shown) may be provided.
  • the excitation light micro LED chips 220 emit ultraviolet light
  • the first to third color conversion layers 231, 232, and 233 absorb the ultraviolet light, respectively, to emit red light, green light, and blue light.
  • the first to third color conversion layers 231, 232, and 233 may include quantum dots as a color conversion material.
  • the excitation light micro LED chips 220 emit blue light
  • the first and second color conversion layers 231 and 232 respectively absorb blue light to emit red light and green light, respectively.
  • the third color conversion layer 233 may be formed of a material transparent to blue light.
  • 5A to 5F are diagrams illustrating a manufacturing process of the display panel 200 according to an exemplary embodiment.
  • excitation light micro LED chips 220 are first prepared on a substrate 110 .
  • the excitation light micro LED chips 220 are manufactured by epitaxially growing a nitride semiconductor on a separate growth substrate and forming an n/p electrode, and may be transferred onto the substrate 110 on which the pixel circuit is formed.
  • the excitation light micro LED chips 220 may be epitaxially grown directly on the substrate 110 .
  • a barrier rib may be formed in an empty space between the excitation light micro LED chips 220 .
  • the transparent layer 235 is disposed as shown in FIG. 5B, and the upper barrier rib 236 is formed as shown in FIG. 5C.
  • the upper barrier rib 236 is formed in a lattice shape when viewed from a plane of the transparent layer 235, and a space separated by the upper barrier rib 236 defines one sub-pixel.
  • the first to third color conversion layers 231 , 232 , and 233 are sequentially formed in the space separated by the upper barrier rib 236 above the transparent layer 235 .
  • FIG. 5D by applying the first color conversion layer material 2311 on the first region R1 above the transparent layer 235 through inkjet printing or other known methods, A first color conversion layer 231 is formed.
  • FIG. 5D by applying the first color conversion layer material 2311 on the first region R1 above the transparent layer 235 through inkjet printing or other known methods, A first color conversion layer 231 is formed.
  • FIG. 5D by applying the first color conversion layer material 2311 on the first region R1 above the transparent layer 235
  • the first color conversion layer 231 is formed by applying the second color conversion layer material 2321 on the second region R2 of the upper part of the transparent layer 235
  • the third color conversion layer 233 is applied by applying the third color conversion layer material 2313 on the third region R3 above the transparent layer 235 .
  • the same color conversion layer material can be collectively applied to the same region. of the display panel to overcome the limitations of the manufacturing process.
  • each of the first to third color conversion layers 231 , 232 , and 233 may be formed in units of area of the first to third sub-pixel arrays 121 , 122 , and 123
  • the first to third sub-pixel arrays 121 , 122 , and 123 may be formed in units of area.
  • the size and pitch of the pixels 131, 132, and 133 can be reduced, and as a result, the PPI can be increased.
  • FIG. 6 is a plan view schematically illustrating a sub-pixel arrangement of a display panel according to an exemplary embodiment.
  • This embodiment is substantially similar to the embodiments described with reference to FIGS. 1 to 5F except for the first and second intervals P1 and P2 between the first to third subpixel arrays 121, 122, and 123. Since they are the same, we will focus on the differences.
  • a first distance P1 between the first subpixel array 121 and the second subpixel array 122 and a second distance P2 between the second subpixel array 122 and the third subpixel array 123 ) may be greater than the pitch Ps of the first to third subpixels 131, 132, and 133.
  • the first interval P1 and the second interval P2 may be the same, but are not limited thereto.
  • the first and second intervals P1 and P2 may be designed with a sufficient size to secure a color separation margin of a combining optical system combining different primary color images.
  • the first to third sub-pixel arrays 121, 122, and 123 may be located side by side, but are not limited thereto.
  • FIG. 7 is a side view of a display panel 300 according to an exemplary embodiment.
  • the first to third light emitting devices 241 , 242 , and 243 constituting the first to third sub-pixels 131 , 132 , and 133 according to an exemplary embodiment.
  • It may be a micro LED chip itself including a subminiature inorganic light emitting material that emits light by itself without a backlight.
  • the first to third light emitting elements 241 , 242 , and 243 are transferred onto the substrate 110 in units of first to third subpixel arrays 121 , 122 , and 123 , and the first to third subpixel arrays ( 121 , 122 , 123 ) are located with separation spaces 381 and 382 corresponding to the first and second intervals P1 and P2 interposed therebetween.
  • the first to third light emitting devices 241 , 242 , and 243 constituting the first to third sub-pixels 131 , 132 , and 133 may use a color conversion method.
  • the excitation light micro LED chips 220 may be disposed on the substrate 110 with a separation space corresponding to the first and second intervals P1 and P2 interposed therebetween.
  • the first to third color conversion layers 231 , 232 , and 233 are disposed on the transparent layer 235 with separation spaces 481 and 482 corresponding to the first and second intervals P1 and P2 interposed therebetween. It could be.
  • the separation spaces 481 and 482 corresponding to the first and second intervals P1 and P2 are designed to sufficiently secure a color separation margin in the process of forming the first to third color conversion layers 231, 232, and 233. do.
  • an optical film may be attached or an optical lens may be disposed on the first to third sub-pixel arrays 121 , 122 , and 123 .
  • the display panel 500 further includes a microlens array unit 530 that collimates light emitted from the first to third sub-pixels 131, 132, and 133 into a parallel beam of light. can do.
  • the microlens array unit 530 is an example of an optical lens disposed above the first to third sub-pixel arrays 121, 122, and 123, but is not limited thereto. Since the present embodiment is substantially the same as the embodiment with reference to FIGS. 1 to 8 except that the microlens array unit 530 is further included, the differences will be mainly described.
  • the microlens array unit 530 may include first to third microlens arrays 531 , 532 , and 533 positioned adjacent to the emission surfaces of the first to third subpixel arrays 121 , 122 , and 123 . there is. Since the first to third subpixel arrays 121, 122, and 123 emit light of different first to third primary color images, the first to third microlens arrays 531, 532, and 533 respectively A curved surface can be designed to suit the primary color wavelength band. In the conventional pixel layout, red sub-pixels, green sub-pixels, and blue sub-pixels are arranged adjacently to form one pixel. Since the size of each sub-pixel is very small, a microlens array is manufactured to suit each sub-pixel.
  • the first to third subpixel arrays 121, 122, and 123 are spatially separated, the first to third microlens arrays 531, 532, and 533 are not provided. It is easy to manufacture and arrange according to each primary color of the first to third sub-pixel arrays 121, 122, and 123.
  • the first to third microlens arrays 531, 532, and 533 are in close contact with each other, but the first to third microlens arrays 531, 532, and 533 may be spaced apart from each other.
  • FIG. 10 is a side cross-sectional view schematically illustrating a structure of a monochromatic micro LED device 600 according to an exemplary embodiment.
  • the monochromatic micro LED device 600 of this embodiment may be applied to the light emitting devices of the display panels 100, 200, 300, and 400 of the above-described embodiments.
  • the monochromatic micro LED device 600 includes a micro LED chip 620 provided on a substrate 610, a barrier rib 630 separating the micro LED chip 620 from neighboring chips, and a micro LED chip ( 620) may include first and second color conversion layers 641 and 642 absorbing the excitation light L e emitted and emitting converted light L c converted into a primary color wavelength band.
  • the micro LED chip 620 includes a subminiature inorganic light emitting material that emits light by itself without a backlight.
  • the micro LED chip 620 may have a width, length, and height of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, respectively.
  • a wavelength band of the excitation light L e emitted from the micro LED chip 620 may be determined according to the inorganic light emitting material.
  • the excitation light L e emitted from the micro LED chip 620 may be blue light or ultraviolet light.
  • the micro LED chip 620 is manufactured by growing a plurality in a chip form on a wafer (growth substrate) through an epitaxial process or the like.
  • the micro LED chip 620 manufactured in this way may be transferred onto the substrate 610 .
  • the barrier rib 630 is positioned between sub-pixels (eg, 131 of FIG. 1 ) to prevent crosstalk between sub-pixels.
  • the space separated by the barrier rib 630 defines one sub-pixel.
  • 10 shows a configuration in which one micro LED chip 620 is disposed in a space separated by a partition wall 630, but two or more micro LED chips 620 are placed in a space separated by a partition wall 630. may be placed.
  • First and second color conversion layers 641 and 642 are positioned above the micro LED chip 620 .
  • the first color conversion layer 641 is a layer relatively close to the micro LED chip 620 and may be understood as a lower layer based on the drawing of FIG. 10 .
  • the second color conversion layer 642 is a layer relatively far from the micro LED chip 620 and may be understood as an upper layer based on the drawing of FIG. 10 .
  • a band pass filter 650 having a wavelength band of the converted light L c converted by the first and second color conversion layers 641 and 642 as a pass band is provided above the second color conversion layer 642.
  • the band pass filter 650 may use a red wavelength as a passband.
  • the band pass filter 650 may use a green wavelength as a pass band.
  • the first and second color conversion layers 641 and 642 include quantum dots that absorb excitation light L e and emit converted light L c converted into a primary color wavelength band.
  • Quantum dots are semiconductor nanocrystals that can be tuned to emit light across the visible and infrared spectrum. Due to the small size of 1 to 100 nm, more typically 1 to 20 nm, the wavelength of the emitted light, i.e. the color, may depend on the size of the quantum dots.
  • the excitation light L e may be blue light, and the quantum dots may have a size that absorbs blue light and emits red light.
  • the excitation light L e may be blue light, and the quantum dots may have a size that absorbs blue light and emits green light.
  • the excitation light (L e ) may be ultraviolet light, and the quantum dots may have a size that emits red light by absorbing ultraviolet light.
  • the excitation light (L e ) may be ultraviolet light, and the quantum dots may have a size that emits green light by absorbing ultraviolet light. In one embodiment, the excitation light (L e ) may be ultraviolet light, and the quantum dots may have a size that emits blue light by absorbing ultraviolet light.
  • the quantum dots contained in the first color conversion layer 641 and the quantum dots contained in the second color conversion layer 642 are the same nanocrystal, but the density of the quantum dots in the first color conversion layer 641 (hereinafter, the first color conversion layer 641) Quantum dot density) in the second color conversion layer 642 is different from each other.
  • the first quantum dot density of the first color conversion layer 641 may be smaller than the second quantum dot density of the second color conversion layer 642 .
  • the quantum dots of the first color conversion layer 641 absorb a part of the excitation light L e emitted from the micro LED chip 620 and emit the converted light L c .
  • the upwardly directed light passes through the second color conversion layer 642 and is emitted to the top of the monochromatic micro LED device 600, so the upwardly directed light
  • a significant amount of the quantum dots may be reabsorbed by other quantum dots in the first color conversion layer 641 and quantum dots in the second color conversion layer 642 to reduce absorption efficiency of the quantum dots.
  • the excitation light L e emitted from the micro LED chip 620 passes through the first color conversion layer 641 and is directed to the second color conversion layer 642 .
  • the quantum dots of the second color conversion layer 642 also absorb a part of the excitation light L e and emit the converted light L c .
  • the converted light (L c ) converted in the second color conversion layer 642 most of the upwardly directed light is emitted to the top of the monochromatic micro LED device 600, and only some of the other quantum dots in the second color conversion layer 642. It can be reabsorbed by , and the absorption efficiency of quantum dots can be reduced.
  • the converted light (L c ) converted in the first color conversion layer 641 lowers the absorption efficiency of the quantum dots more . It can be seen that it contributes to Therefore, in this embodiment, by making the first quantum dot density of the first color conversion layer 641 smaller than the second quantum dot density of the second color conversion layer 642, compared to a single-layer color conversion layer having the same amount of quantum dots, The absorption efficiency of quantum dots can be improved.
  • a protective layer 660 may be provided on top of the band pass filter 650 .
  • the protective layer 660 is formed of a material that is transparent to the converted light L c and protects the quantum dots included in the first and second color conversion layers 641 and 642 from an external environment.
  • the color conversion layer has a double layer structure (ie, first and second color conversion layers 641 and 642) as an example, but the color conversion layer has a structure of three or more layers having different quantum dot densities. Of course you can have it.
  • FIG. 11 illustrates relative radiation emitted from the micro LED device according to the mean free path (MFP) of the lower layer when the color conversion layer of the monochromatic micro LED device according to an embodiment is a double layer (thickness: 10 ⁇ m/10 ⁇ m). It is a chart showing relative (radiant flux) in contrast to the case of the comparative example, which is a single layer.
  • MFP mean free path
  • the lower layer (ie, the first color conversion layer 641 in FIG. 10 ) and the upper layer (ie, the second color conversion layer 642 in FIG. 10 ) of the color conversion layers of the monochromatic micro LED device each have a thickness of 10 ⁇ m.
  • the MFP of the upper layer is 0.02 mm
  • the MFP of the lower layer is changed from 0.02 mm to 0.12 mm. Since the MFP is an average free distance until light is scattered in the color conversion layer, it can be converted into a quantum dot density in the color conversion layer. That is, fixing the MFP of the upper layer and gradually changing the MFP of the lower layer can be interpreted as equivalent to fixing the quantum dot density of the upper layer and gradually changing the quantum dot density of the lower layer. That is, FIG. 9 shows that the relative radiation flux exceeds 0.5 Watt within a range in which the quantum dot density of the lower layer is smaller than the quantum dot density of the upper layer.
  • the monochromatic micro LED device of Comparative Example has a color conversion layer of a single layer structure, has a thickness of 10 ⁇ m, and similarly, the MFP is changed from 0.02 mm to 0.12 mm.
  • the relative radiation flux of the Comparative Example is less than 0.5 Watt in most of the range of MFP from 0.02 mm to 0.12 mm, which is lower than that of the color conversion layer having a double layer structure in one embodiment.
  • the relative radiation flux emitted from the micro LED device according to the MFP of the lower layer is a single layer when the color conversion layer of the monochromatic micro LED device according to an embodiment is a double layer (thickness: 2.5 ⁇ m/2.5 ⁇ m). It is a diagram showing the case by case.
  • the lower layer and the upper layer of the color conversion layer of the monochromatic micro LED device each have a thickness of 2.5 ⁇ m.
  • the MFP of the upper layer is 0.02 mm, and the MFP of the lower layer is changed from 0 mm to 0.1 mm. 12 shows that the relative radiation flux is 0.3 Watt or more within a range in which the quantum dot density of the lower layer is smaller than the quantum dot density of the upper layer.
  • the monochromatic micro LED device of Comparative Example has a color conversion layer of a single layer structure, has a thickness of 5 ⁇ m, and similarly, the MFP was changed from 0 mm to 0.1 mm.
  • the relative radiation flux of the Comparative Example is lower than that of the color conversion layer having a double layer structure according to one embodiment in most of the MFP range of 0 mm to 0.1 mm.
  • the monochromatic micro LED device when the monochromatic micro LED device has a double-layered color conversion layer and the density of quantum dots in the lower layer is smaller than that in the upper layer, the monochromatic micro LED device has a single-layered color conversion layer. It can be seen that it has a high radiation flux (in other words, high color conversion efficiency) compared to the monochromatic micro LED device of the comparative example.
  • the single color micro LED device having the color conversion layer of the double layer structure described in FIGS. 11 and 12 may be understood as the single color micro LED device 600 described with reference to FIG. 10 .
  • FIG. 13 is a cross-sectional side view schematically illustrating a structure of a monochromatic micro LED device 700 according to an exemplary embodiment.
  • the monochromatic microLED device 700 is similar to the monochromatic microLED device 600 described with reference to FIG. 10 except that the barrier rib 730 has reflectivity for the excitation light L e . Since they are substantially the same, the description will focus on the differences.
  • the barrier rib 730 may be formed of a reflective material for the excitation light L e or coated with a reflective material. The barrier rib 730 may also reflect the converted light L c converted by the first and second color conversion layers 641 and 642 .
  • the barrier rib 730 is made to have reflectivity for the excitation light (L e ), thereby reducing the barrier rib 730.
  • Light absorption efficiency in the first and second color conversion layers 641 and 642 may be increased by returning the excitation light L e to the first and second color conversion layers 641 and 642 .
  • the disclosed display panel and display device employing the same can increase the ratio of excitation light absorbed by the quantum dots by using the reflective barrier rib structure.
  • FIG. 14 is a side cross-sectional view schematically illustrating a structure of a monochromatic micro LED device 800 according to an exemplary embodiment.
  • the monochromatic micro LED device 800 includes a first dichroic mirror layer 850 provided on the upper portion of the second color conversion layer 642 and a second dichroic mirror layer provided on the lower portion of the first color conversion layer 641 . At least one of the mirror layers 860 may be included.
  • the monochromatic micro LED device 800 of the present embodiment is the same as the monochromatic micro LED devices 600 and 700 described with reference to FIG. 10 or FIG. 13 except that the first and second dichroic mirror layers 850 and 860 are included. Since it is substantially the same as, it will be described focusing on the differences.
  • the first dichroic mirror layer 850 replaces the band pass filter 650 of the monochromatic micro LED device 600 described with reference to FIG. 10 .
  • the first dichroic mirror layer 850 is a layer that passes the converted light L c converted by the first and second color conversion layers 641 and 642 and reflects the excitation light L e .
  • the first dichroic mirror layer 850 passes the red light and reflects the excitation light L e .
  • the first dichroic mirror layer 850 passes the green light and reflects the excitation light L e .
  • the excitation light (L e ) passing through the second color conversion layer 642 and directed to the top of the monochromatic micro LED device 800 is returned to the first and second color conversion layers 641 and 642 to return to the first and second color conversion layers 641 and 642 .
  • Light absorption efficiency in the color conversion layers 641 and 642 may be increased.
  • the second dichroic mirror layer 860 reflects the converted light L c converted by the first and second color conversion layers 641 and 642 and passes the excitation light L e .
  • the second dichroic mirror layer 860 reflects the red light and passes the excitation light L e .
  • the second dichroic mirror layer 860 reflects the green light and passes the excitation light L e .
  • the second dichroic mirror layer 860 reflects the downwardly directed light of the converted light Lc converted in the first color conversion layer 641 and directs it upward, thereby controlling the light amount of the emitted converted light Lc . can increase
  • the disclosed display panel and display device employing the same can increase the ratio of excitation light absorbed by quantum dots by using a dichroic mirror structure.
  • 15 is a diagram schematically illustrating a display device 900 according to an exemplary embodiment.
  • a display device 900 includes a display panel 910 and a coupling optical system 920 .
  • the display panel 910 may be any one of the display panels 100, 200, 300, 400, and 500 of the above-described embodiments.
  • the combining optical system 920 transmits the first light L1 corresponding to the first primary color image output from the first sub-pixel array 911 of the display panel 910 and the first light L1 output from the second sub-pixel array 912 .
  • a full-color image is formed by combining the second light L2 corresponding to the two primary color image and the third light L3 corresponding to the third primary color image output from the third sub-pixel array 913.
  • an optical member to do it may be composed of a lens, a reflector, a mirror, and the like.
  • the first subpixel array 911 forms a red picture
  • the second subpixel array 912 forms a green picture
  • the third subpixel array 913 forms a blue picture
  • the combination Red, green, and blue images may be superimposed by the optical system 920 and combined into one full-color image.
  • the coupling optical system 920 may further include a projection lens (not shown) so that the display device 900 functions as a projection type.
  • 16 is a diagram schematically illustrating a display device 1000 according to an exemplary embodiment.
  • the display device 1000 may include a display panel 1010 and an image combiner that combines and guides first to third lights emitted from the display panel 1010 .
  • the display device 1000 includes a collimating optical system 1020 such as a microlens array (see 530 in FIG. 9 ) that collimates the first to third lights L1, L2, and L3 emitted from the display panel 1010 into parallel beams. may further include.
  • the image combiner includes first to third waveguides 1031, 1032, and 1033, first to third input couplers 1041, 1042, and 1043, and first to third output couplers 1051, 1052, and 1053.
  • the image combiner may be understood as an example of a combining optical system for generating a full-color image by combining the first to third lights.
  • the first to third waveguides 1031, 1032, and 1033 are formed of a material that is transparent to the first to third lights L1, L2, and L3 and may be spaced apart from each other. A spacer (not shown) may be interposed between the first to third waveguides 1031, 1032, and 1033.
  • the first to third waveguides 1031, 1032, and 1033 respectively propagate the first to third lights L1, L2, and L3 by total internal reflection.
  • the first to third input couplers 1041, 1042, and 1043 and the first to third output couplers 1051, 1052, and 1053 may be, for example, a diffractive optical element (DOE) or a holographic optical element.
  • DOE diffractive optical element
  • HOE holographic optical element.
  • optical element HOE
  • the first input coupler 1041 is positioned opposite to the first sub-pixel array 1011 of the first waveguide 1031, and couples the first light L1 to the first waveguide 1031 (ie, input ) make
  • the surface on which the first input coupler 1041 is provided in the first waveguide 1031 may be a surface facing the first subpixel array 1011 or a surface opposite to the surface facing the first subpixel array 1011.
  • the first input coupler 1041 may be located inside the first waveguide 1031.
  • the second input coupler 1042 is positioned opposite to the second sub-pixel array 1012 of the second waveguide 1032, and couples the second light L2 to the second waveguide 1032 (ie, input ) make
  • the side on which the second input coupler 1042 is provided may be a side facing the second sub-pixel array 1012 or a side opposite to the side facing the second sub-pixel array 1012.
  • the second input coupler 1042 may be located inside the second waveguide 1032.
  • the third input coupler 1043 is positioned opposite to the third sub-pixel array 1013 of the third waveguide 1033, and couples the third light L3 to the third waveguide 1033 (ie, input ) make
  • the surface of the third waveguide 1033 on which the third input coupler 1043 is provided may be a surface facing the third sub-pixel array 1013 or a surface opposite to the surface facing the third sub-pixel array 1013.
  • the third input coupler 1043 may be located inside the third waveguide 1033.
  • the first to third output couplers 1051, 1052, and 1053 are provided in the output regions of the first to third waveguides 1031, 1032, and 1033, respectively, and the first to third lights L1, L2, and L3 to the target area.
  • the target area may be a user's eye motion box, and in this case, the display device 1000 may be a near-eye display device such as an augmented reality device or a virtual reality device.
  • the image combiner may transmit light of a real word in the thickness direction of the first to third waveguides 1031, 1032, and 1033. When the image combiner combines light of a virtual image emitted from the display panel 1010 and light of a real environment, the display device 1000 may be understood as an augmented reality device.
  • the first light L1 emitted from the first sub-pixel array 1011 does not pass through the second and third waveguides 1032 and 1033 while reaching the first waveguide 1031, As shown in FIG. 16 , portions of the second and third waveguides 1032 and 1033 opposite to the first subpixel array 1011 may be removed or a through hole may be formed. Similarly, the third waveguide 1033 prevents the second light L2 emitted from the second sub-pixel array 1012 from passing through the third waveguide 1033 while reaching the second waveguide 1032. A portion facing the second subpixel array 1012 of the pixel array 1012 may be removed or a through hole may be formed.
  • Areas of the first to third waveguides 1031, 1032, and 1033 into which the first to third lights L1, L2, and L3 are input may have a stepped shape. That is, the second waveguide 1032 does not have an area facing the first sub-pixel array 1011, and the third waveguide 1033 faces the first and second sub-pixel arrays 1011 and 1012. It can be configured not to have an area.
  • the first to third waveguides 1031, 1032, and 1033 are stacked without changing their shape, so that, for example, after the first light L1 passes through the second and third waveguides 1032 and 1033, the first It can also be made to reach the waveguide 1031.
  • the image combiner may have only one waveguide and guide the first to third lights L1, L2, and L3 within one waveguide.
  • FIG. 17 schematically illustrates an augmented reality device 1100 according to an embodiment.
  • the augmented reality device 1100 may be augmented reality glasses.
  • the augmented reality device 1100 may use the display device 1000 described with reference to FIG. 16 as a left eye element and a right eye element.
  • the augmented reality device 1100 may further include a display panel 1120 and an image combiner 1110 .
  • the image combiner 1110 may be fixed to the frame 1190 .
  • the display panel 1120 may be located near the temple of the user's head and fixed to the frame 1190 .
  • Information processing and image formation for the display panel 1120 are performed directly on the computer of the augmented reality device itself, or when the augmented reality device is connected to an external electronic device such as a smart phone, tablet, computer, laptop, or any other intelligent (smart) device. It can be connected to and made in an external electronic device. Signal transmission between the augmented reality device and the external electronic device may be performed through wired communication and/or wireless communication.
  • the augmented reality device may receive power from at least one of a built-in power source (rechargeable battery), an external device, and an external power source.
  • the input-coupler 1130 of the image combiner 1110 is located on the surface opposite to or behind the display panel 1120 of the waveguide (see 1031, 1032, and 1033 in FIG.
  • the output light is input to the waveguide.
  • the waveguide guides the input light toward the output-coupler (1051, 1052, and 1053 in FIG. 16), and outputs the light to the target area through the output-coupler.
  • the target area may be the user's eye motion box.
  • the image combiner 1110 and the display panel 1120 are provided on the left and right sides, respectively, but is not limited thereto.
  • the image combiner 1110 and the display panel 1120 may be provided on either the left side or the right side.
  • the image combiner 1110 may be provided over the entire left and right sides, and the display panel 1120 may be provided for both left and right sides, or may be provided to correspond to each of the left and right sides.
  • the display device has been described focusing on an example applied to augmented reality glasses, but it will be apparent to those skilled in the art that it can be applied to a virtual reality device capable of expressing virtual reality and a head-up display (HUD) device.
  • HUD head-up display
  • FIG. 18 is a diagram schematically illustrating a display device 1200 according to an exemplary embodiment.
  • the display device 1200 includes a display panel 1210, an X-cube prism 1220, and first and second reflection members 1231 and 1232.
  • the display panel 1210 may be any one of the display panels 100, 200, 300, 400, and 500 of the above-described embodiments.
  • the X-cube prism 1220 and the first and second reflection members 1231 and 1232 may be understood as specific examples of a combined optical system.
  • the first and second reflection members 1231 and 1232 may be mirrors or prisms.
  • the first reflective member 1231 allows the first light L1 corresponding to the first primary color image output from the first sub-pixel array 1211 of the display panel 1210 to hit the first surface of the X-cube prism 1220.
  • the optical path of the first light L1 is changed so as to be directed.
  • the second reflection member 1232 directs the third light L3 corresponding to the third primary color image output from the third sub-pixel array 1213 of the display panel 1210 to the first surface of the X-cube prism 1220.
  • the path of the third light L3 is changed so as to face the second surface opposite to the .
  • the X-Cube prism 1220 is a known optical element having a cubic shape in which dichroic mirror layers are provided, and paths of first to third lights L1 and L3 of different wavelengths are coupled. Specifically, the X-cube prism 1220 is disposed such that a third surface different from the first and second surfaces faces the second sub-pixel array 1212 . The X-cube prism 1220 passes the second light L2 corresponding to the second primary color image output from the second sub-pixel array 1212 as it is, and transmits the first light L1 and the third light L3. Reflected in the same direction as the second light L2, the first to third lights L1, L2, and L3 are combined to form one full-color image.
  • the first sub-pixel array 1211 forms a red image
  • the second sub-pixel array 1212 forms a green image
  • the third sub-pixel array 1213 forms a blue image
  • Red, green, and blue images may be superimposed by the cube prism 1220 and combined into one full-color image.
  • FIG. 19 is a diagram schematically illustrating a display device according to an exemplary embodiment.
  • a display device 1300 includes a display panel 1310 and first to third lenses 1321 , 1322 , and 1323 .
  • the display panel 1310 may be any one of the display panels 100, 200, 300, 400, and 500 of the above-described embodiments.
  • the first lens 1321 projects the first light L1 corresponding to the first primary color image output from the first sub-pixel array 1311 of the display panel 1310 onto the screen S.
  • the second lens 1322 projects the second light L2 corresponding to the second primary color image output from the second sub-pixel array 1312 of the display panel 1310 onto the screen S.
  • the third lens 1323 projects the third light L3 corresponding to the third primary color image output from the third sub-pixel array 1313 of the display panel 1310 onto the screen S.
  • the first to third lenses 1321, 1322, and 1323 are optical members that project the first to third lights L1, L2, and L3 emitted from the display panel 1310 to overlap one screen S. It can be understood as a specific example of a coupling optical system.
  • the first to third primary color images are overlapped and projected on the screen S by the first to third lenses 1321, 1322, and 1323, so that full-color images can be formed on the screen S.
  • the first sub-pixel array 1311 forms a red image
  • the third sub-pixel array 1312 forms a green image
  • the third sub-pixel array 1313 forms a blue image
  • Red, green, and blue images may be superimposed on the screen S by the first to third lenses 1321, 1322, and 1323 and combined into one full-color image.

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Abstract

디스플레이 패널 및 이를 채용한 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 디스플레이 패널은, 기판; 및 기판의 일 면에 마련되는 것으로서, 제1 내지 제3 원색 화상을 형성하는 제1 내지 제3 서브화소들;을 포함하며, 제1 내지 제3 서브화소들은 동일 원색별로 그룹핑되어 각각 기판 상의 공간적으로 분리되고 나란히 이웃하는 제1 내지 제3 영역에 제1 내지 제3 서브화소 어레이로 패터닝된다.

Description

디스플레이 패널 및 이를 채용한 디스플레이 장치
본 개시는 디스플레이 패널 및 이를 채용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근 들어 마이크로 발광다이오드(Light emitting diode; LED) 소자를 이용한 마이크로 LED 디스플레이 패널이 활발히 개발되고 있다. 이러한 마이크로 LED 디스플레이 패널은 마이크로 LED의 자체발광 특성을 이용하여 초소형 프로젝터에 사용되거나, AR/VR용 헤드마운트 디스플레이(head-mount display; HMD)와 같은 근안 디스플레이 장치에서 가상 이미지(virtual image)를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
한편, 마이크로 LED 패널의 PPI(Pixels per inch)를 높이고자 개별 LED 칩을 전사하는 픽 앤 플레이스(pick and place) 방식 외에도, 플립칩 본딩(flip-chip bonding) 등을 이용한 하이브리드 집적(hybrid integration), 모놀리식 집적(monolithic integration) 등의 방식이 연구되고 있다.
또한, 마이크로 LED의 색재현성을 높이기 위해 양자점(Quantum dot; QD)을 이용한 색변환 기술이 개발되고 있다.
일 측면에 따르는 디스플레이 패널은, 기판; 기판상의 제1 영역에 배열되어 제1 원색 화상을 형성하는 제1 서브화소들을 포함하는 제1 서브화소 어레이; 기판상의 제2 영역에 배열되어 제2 원색 화상을 형성하는 제2 서브화소들을 포함하는 제2 서브화소 어레이; 및 기판상의 제3 영역에 배열되어 제3 원색 화상을 형성하는 제3 서브화소들을 포함하는 제3 서브화소 어레이를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 영역은, 기판상의 동일한 면에서 공간적으로 분리되어 나란히 이웃하도록 구성되고, 제1 내지 제3 서브화소들은, 동일 원색별로 그룹핑되어 각각 제1 내지 제3 영역에서 제1 내지 제3 서브화소 어레이로 패터닝된다.
일 실시예에서 제1 서브화소 어레이와 제2 서브화소 어레이 사이의 간격 및 제2 서브화소 어레이와 제3 서브화소 어레이 사이의 간격은 제1 내지 제3 서브화소들의 피치와 같을 수 있다.
일 실시예에서 제1 서브화소 어레이와 제2 서브화소 어레이 사이의 제1 간격 및 제2 서브화소 어레이와 제3 서브화소 어레이 사이의 제2 간격은 제1 내지 제3 서브화소들의 피치보다 클 수 있다.
일 실시예에서 제1 서브화소들 각각은 적어도 하나의 제1 원색 발광소자를 포함하며, 제2 서브화소들 각각은 적어도 하나의 제2 원색 발광소자를 포함하며, 제3 서브화소들 각각은 적어도 하나의 제3 원색 발광소자를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 제1 내지 제3 원색 발광소자는 각각 적색 마이크로 LED 소자, 녹색 마이크로 LED 소자 및 청색 마이크로 LED 소자일 수 있다.
일 실시예에서 제1 원색 발광소자는 여기광 마이크로 LED 소자와, 여기광 마이크로 LED 소자 상에 마련되어 여기광 마이크로 LED 소자에서 방출되는 여기광을 흡수하고 제1 원색의 광을 방출하는 제1 원색 색변환층을 포함할 수 있다. 제2 원색 발광소자는 여기광 마이크로 LED 소자와, 여기광 마이크로 LED 소자 상에 마련되어 여기광 마이크로 LED 소자에서 방출되는 여기광을 흡수하고 제2 원색의 광을 방출하는 제2 원색 색변환층을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 여기광은 청색광이며, 제1 원색 색변환층은 청색광을 흡수하고 적색광을 방출하는 제1 양자점들을 포함하며, 제2 원색 색변환층은 청색광을 흡수하고 녹색광을 방출하는 제2 양자점들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 제1 원색 색변환층은 제1 양자점 밀도가 서로 다른 복수의 제1 양자점 층들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 복수의 제1 양자점 층들 중 상부 층의 제1 양자점 밀도가 상부 층의 제1 양자점 밀도보다 더 작을 수 있다.
일 실시예에서 여기광은 자외선광이며, 제3 원색 발광소자는 자외선광 마이크로 LED 소자와, 자외선광 마이크로 LED 소자 상에 마련되어 자외선광 마이크로 LED 소자에서 방출되는 자외선광을 흡수하고 청색광을 방출하는 제3 원색 색변환층을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 제3 원색 색변환층은 자외선광을 흡수하고 청색광을 방출하는 제3 양자점들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 제1 원색 발광소자는 제1 원색 색변환층 상에 마련되어 제1 원색 색변환층을 통과한 여기광을 제1 원색 색변환층에 반사시키는 제1 이색미러층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서 제1 원색 발광소자는 여기광 마이크로 LED 소자와 제1 원색 색변환층 사이에 마련되어 제1 원색 색변환층에서 변환되어 여기광 마이크로 LED 소자 쪽으로 향하는 제1 원색의 광을 제1 원색 색변환층에 반사시키는 제2 이색미러층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서 제1 내지 제3 원색 발광소자의 사이에는 반사성 격벽이 마련될 수 있다.
다른 측면에 따른 디스플레이 장치는 디스플레이 패널; 및 디스플레이 패널의 제1 서브화소 어레이에서 출력된 제1 원색 화상에 해당하는 제1 광과, 제2 서브화소 어레이에서 출력된 제2 원색 화상에 해당하는 제2 광과, 제3 서브화소 어레이에서 출력된 제3 원색 화상에 해당하는 제3 광을 결합하는 결합 광학계;를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널은, 기판; 기판상의 제1 영역에 배열된 제1 서브화소들을 포함하며, 제1 원색 화상을 형성하는 제1 서브화소 어레이; 기판상의 제1 영역과 다른 제2 영역에 배열되는 제2 서브화소들을 포함하며, 제2 원색 화상을 형성하는 제2 서브화소 어레이; 및 기판상의 제1 및 제2 영역과 다른 제3 영역에 배열되는 제3 서브화소들을 포함하며, 제1 및 제2 원색 화상과 결합되어 풀-컬러 화상을 이루는 제3 원색 화상을 형성하는 제3 서브화소 어레이;를 포함한다.
일 실시예에서 결합 광학계는 제1 내지 제3 광을 결합하여 사용자의 아이 모션 박스로 가이드하는 이미지 컴바이너일 수 있다.
일 실시예에서 이미지 컴바이너는 적어도 하나의 웨이브가이드와, 제1 내지 제3 서브화소 어레이와 각각 대향되게 위치하여 제1 내지 제3 광을 적어도 하나의 웨이브가이드에 결합시키는 제1 내지 제3 입력 커플러와, 적어도 하나의 웨이브가이드로부터 제1 내지 제3 광을 사용자의 아이 모션 박스로 출력시키는 출력 커플러를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 적어도 하나의 웨이브가이드는 제1 내지 제3 광을 각각 가이드하는 제1 내지 제3 웨이브가이드를 포함하며, 제1 내지 제3 입력 커플러는 제1 내지 제3 웨이브가이드에 각각 마련될 수 있다.
일 실시예에서 제1 내지 제3 웨이브가이드 중 제2 웨이브가이드는 제1 서브화소 어레이와 대면하는 영역을 가지지 않고, 제3 웨이브가이드는 제1 및 제2 서브화소 어레이와 대면하는 영역을 가지지 않을 수 있다.
일 실시예에서 디스플레이 장치는 가상현실 장치 또는 증강현실 장치일 수 있다.
일 실시예에서 결합 광학계는 제1 내지 제3 광의 경로를 결합하는 엑스 큐브 프리즘과, 제1 내지 제3 광의 경로를 엑스 큐브 프리즘쪽으로 변경하는 복수의 반사부재를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 결합 광학계는 제1 내지 제3 광을 하나의 스크린에 중첩되게 투영하는 제1 내지 제3 렌즈를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 화소 레이아웃을 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 측면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 제조공정을 도시하는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 측면도이다.
도 5a 내지 도 5f는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 제조공정을 도시하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 서브화소 배치를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 측면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 측면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 개략적인 구조를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 단색 마이크로 LED 소자(의 구조를 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 단색 마이크로 LED 소자의 색변환층이 이중층(두께 10μm/10μm)인 경우에 있어서 하부층의 평균자유거리(Mean Free Path; MFP)에 따라 마이크로 LED 소자에서 방출되는 상대 방사 선속(relative(radiant flux)을 단일층인 비교예의 경우와 대비하여 보여주는 도표이다.
도 12는 일 실시예에 따른 단색 마이크로 LED 소자의 색변환층이 이중층(두께 2.5μm/2.5μm)인 경우에 있어서 하부층의 MFP에 따라 마이크로 LED 소자에서 방출되는 상대 방사 선속을 단일층인 비교예의 경우와 대비하여 보여주는 도표이다.
도 13은 일 실시예에 따른 단색 마이크로 LED 소자의 구조를 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 단색 마이크로 LED 소자의 구조를 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 15는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 증강현실 장치를 개략적으로 도시한다.
도 18은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 개시의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서의 실시예들에서 사용되는 용어는 본 개시의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 실시예의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 개시에서 '원색(primary coloar)'이라 함은 적색, 녹색, 및 청색과 같이 조합하여 풀-컬러를 형성할 수 있는 단색 색상을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)의 화소 레이아웃을 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 패널(100)은 기판(110) 상에 마련되는 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)을 포함한다.
기판(110)은 글래스 기판, 연성 기판 및 플라스틱 기판 중 어느 하나일 수 있다. 기판(110)은 TFT(Thin Film Transistor) 층(미도시)과, 기판의 후면 배치된 회로들을 전기적으로 연결하는 배선(미도시)을 포함할 수 있다. 다수의 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)(예를 들어 마이크로 LED 소자들)은 TFT층에 전기적으로 연결된 상태로 기판(110)상에 배열되어 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123)를 구성한다.
제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)은 제1 내지 제3 원색 화상을 형성하는 것으로서, 동일 원색별로 그룹핑되어 각각 상기 기판(110) 상의 공간적으로 분리되고 나란히 이웃하는 제1 내지 제3 영역(R1, R2, R3)에 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123)로 패터닝된다. 여기서, 패터닝된다 함은 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)을 이루는 발광소자들(예를 들어, 마이크로 LED소자들)이 전사나 잉크젯 프링팅과 같은 공정을 통해 기판(110) 상에 배치되는 것을 의미한다.
제1 서브화소 어레이(121)는 기판(110) 상의 제1 영역(R1)에 배열된 제1 서브화소들(131)을 포함하며 제1 원색 화상을 형성한다. 제1 서브화소들(131)의 배열은 2 이상의 행과 2 이상의 열로 이루어져, 제1 서브화소 어레이(121)에서 제1 원색 화상이 형성될 수 있다. 제1 원색은 예를 들어 적색, 녹색, 및 청색 중 어느 하나일 수 있다. 제1 서브화소들(131)은 각각 적어도 하나의 제1 발광소자를 포함하여, 제1 원색 화상에 해당하는 광을 방출할 수 있다. 예시적으로, 제1 발광소자는 적색 발광소자일 수 있으며, 이 경우에 제1 서브화소들(131)은 적색 서브화소들이 되며, 제1 서브화소 어레이(121)는 적색 화상의 광을 방출할 수 있다.
제2 서브화소 어레이(122)는 기판(110) 상의 제1 영역(R1)과 다른 제2 영역(R2)에 배열된 제2 서브화소들(132)을 포함하며 제2 원색 화상을 형성한다. 제2 영역(R2)이 제1 영역(R1)과 다르다 함은 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)이 공간적으로 겹치지 않고 분리되어 있음을 의미한다. 제2 서브화소들(132)은 각각 적어도 하나의 제2 발광소자를 포함하여, 제2 원색 화상에 해당하는 광을 방출할 수 있다. 제2 서브화소들(132)의 배열은 2 이상의 행과 2 이상의 열로 이루어져, 제2 서브화소 어레이(122)에서 제2 원색 화상이 형성될 수 있다. 제2 원색은 예를 들어 적색, 녹색, 및 청색 중 어느 하나일 수 있다. 예시적으로, 제2 발광소자는 녹색 발광소자일 수 있으며, 이 경우에 제2 서브화소들(132)은 녹색 서브화소들이 되며, 제2 서브화소 어레이(122)는 녹색 화상의 광을 방출할 수 있다.
제3 서브화소 어레이(123)는 기판(110) 상의 제1 및 제2 영역(R1, R2)과 다른 제3 영역(R3)에 배열된 제3 서브화소들(133)을 포함하며 제3 원색 화상을 형성한다. 제3 영역(R3)이 제1 및 제2 영역(R1, R2)과 다르다 함은 제3 영역(R3)이 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)과 공간적으로 겹치지 않고 분리되어 있음을 의미한다. 제1 내지 제3 영역(R1, R2, R3)은 기판(110)의 동일면에 위치한다. 제3 서브화소들(133)은 각각 적어도 하나의 제3 발광소자를 포함하여, 제3 원색 화상에 해당하는 광을 방출할 수 있다. 제3 서브화소들(133)의 배열은 2 이상의 행과 2 이상의 열로 이루어져, 제3 서브화소 어레이(123)에서 제3 원색 화상이 형성될 수 있다. 제3 원색은 예를 들어 적색, 녹색, 및 청색 중 어느 하나일 수 있다. 예시적으로, 제3 발광소자는 청색 발광소자일 수 있으며, 이 경우에 제3 서브화소들(133)은 청색 서브화소들이 되며, 제3 서브화소 어레이(123)는 청색 화상의 광을 방출할 수 있다.
일 실시예에서 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123)는 나란히 이웃하여 위치할 수 있다.
일 실시예에서 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)의 크기는 모두 같을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)를 구성하는 제1 내지 제3 발광소자들의 밝기는 다를 수 있으며, 따라서 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)의 크기를 다르게 할 수도 있다.
일 실시예에서 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)의 피치는 모두 같을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 서브화소 어레이(121)와 제2 서브화소 어레이(122) 사이의 간격 및 제2 서브화소 어레이(122)와 제3 서브화소 어레이(123) 사이의 간격은 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)의 피치와 같을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 서브화소 어레이(121)에서 형성되는 제1 원색 화상과, 제2 서브화소 어레이(122)에서 형성되는 제2 원색 화상과, 제3 서브화소 어레이(123)에서 형성되는 제3 원색 화상은 후술하는 결합광학계(예를 들어, 도 13의 920)에 의해 결합되어 풀-컬러의 화상을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 서브화소 어레이(121)는 적색 화상을 형성하고, 제2 서브화소 어레이(122)는 녹색 화상을 형성하고, 제3 서브화소 어레이(123)는 청색 화상을 형성하여, 적색, 녹색 및 청색 화상의 결합에 의해 풀-컬러의 화상이 형성될 수 있다. 달리 말하면, 제1 서브화소 어레이(121) 내에 위치한 제1 서브화소(131)와, 제2 서브화소 어레이(122) 내에 위치한 제2 서브화소(132)와, 제3 서브화소 어레이(123) 내에 위치한 제3 서브화소(133)는, 예를 들어 적색, 녹색 및 청색 서브화소로서, 조합되어 풀-컬러 화소로 동작할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)의 측면도이다. 도 2를 참조하면, 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)을 구성하는 제1 내지 제3 발광소자들(141, 142, 143)은 백 라이트 없이 스스로 빛을 내는 초소형 무기 발광물질을 포함하는 마이크로 LED 칩일 수 있다. 일 실시예에서 마이크로 LED 칩은 가로, 세로, 높이가 각각 1㎛~100㎛일 수 있다. 예를 들어, 제1 발광소자들(141) 각각은 적색의 광을 방출하는 적색 마이크로 LED 칩이고, 제2 발광소자들(142) 각각은 녹색의 광을 방출하는 녹색 마이크로 LED 칩이고, 제3 발광소자들(143) 각각은 청색의 광을 방출하는 청색 마이크로 LED 칩일 수 있다.
도 2에는 제1 내지 제3 발광소자들(141, 142, 143) 사이가 빈 공간으로 도시되고 있으나, 크로스토크(crosstalk)를 방지하기 위한 격벽(미도시)이 마련될 수 있다. 격벽은 제1 발광소자들(141)의 사이, 제2 발광소자들(142)의 사이, 제3 발광소자들(143)의 사이, 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123)의 사이에 모두 마련될 수 있다. 격벽으로 분리된 최소 공간은 하나의 서브화소를 정의할 수 있으며, 가로 및 세로가 대략 1㎛~100㎛일 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)의 제조공정을 도시하는 도면이다.
도 3a에 도시된 바와 같이 먼저 제1 서브화소들(131)을 구성하는 제1 발광소자들(141)은 성장 기판(180) 상에 성장하여 제조한다. 일 실시예에서 발광소자(마이크로 LED 칩)(141)에서 방출되는 광의 파장 대역은 마이크로 LED 칩을 구성하는 무기 발광물질에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 마이크로 LED 칩은 각기 다른 성장 기판(예를 들어 사파이어 기판)에서 각기 다른 조성물질 및 조성비를 갖는 질화물 반도체로 에피텍셜 성장하고 n/p 전극을 형성함으로서 제조될 수 있다. 제1 발광소자들(141)은 예를 들어 적색 마이크로 LED칩일 수 있다.
다음으로, 도 3b에 도시되듯이, 성장 기판(180)상에 형성된 제1 발광소자들(141)을 전사 기판(190)에 옮기고, 도 3c에 도시되듯이, 전사 기판(190)을 이용하여 제1 발광소자들(141)을 기판(110) 상의 제1 영역(R1)에 전사한다. 전사 기판(190)을 이용하는 전사 공정은 예시적인 것이며, 본 실시예를 제한하지 않는다. 제1 발광소자들(141)의 전사는 제1 서브화소 어레이(121) 단위로 이루어질 수 있다. 전사된 제1 발광소자들(141)은 제1 서브화소들(131)로 이해될 수 있으며, 예를 들어 적색 마이크로 LED칩일 수 있다.
도 3d에 도시되듯이, 제2 발광소자들(142) 역시 미도시된 별개의 성장 기판상에 에피텍셜 성장을 통해 제조하고, 이를 기판(110) 상의 제2 영역(R2)에 제2 서브화소 어레이(122) 단위로 전사한다. 전사된 제2 발광소자들(142)은 제2 서브화소들(132)로 이해될 수 있으며, 예를 들어 녹색 마이크로 LED칩일 수 있다.
도 3e에 도시되듯이, 제3 발광소자들(143) 역시 미도시된 별개의 성장 기판상에 에피텍셜 성장을 통해 제조하고, 이를 기판(110) 상의 제3 영역(R3)에 제3 서브화소 어레이(123) 단위로 전사한다. 전사된 제3 발광소자들(143)은 제3 서브화소들(133)로 이해될 수 있으며, 예를 들어 청색 마이크로 LED칩일 수 있다.
일 실시예에서 개별 발광소자들 사이의 격벽(미도시)을 형성하는 공정은 제1 내지 제3 발광소자들(141, 142, 143)의 전사 전 단계에서, 개별 성장기판상에서 진행될 수도 있다. 예를 들어, 도 3a에서 제1 발광소자들(141)을 성장 기판(180) 상에 성장시킨 이후에, 제1 발광소자들(141) 사이의 격벽을 형성하는 공정을 수행하고, 이후에 전사하는 공정이 진행될 수도 있다.
일 실시예에서 제1 내지 제3 발광소자들(141, 142, 143)의 전사가 완료된 이후, 개별 발광소자들 사이의 격벽(미도시)이나 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123) 사이의 격벽(미도시)이 형성되는 공정이 추가될 수 있다.
종래의 풀-컬러 마이크로 LED 패널은 서로 다른 성장 기판에서 성장된 적색, 녹색, 및 청색 마이크로 LED 칩들을 개별 칩단위로 분리한 후 화소 회로가 형성된 기판 상에 화소별로 그룹핑되도록 전사한다. 이때, 화소 크기는 적색, 녹색, 및 청색 마이크로 LED 칩들이 한데 모이는 영역의 면적으로 결정되는데, 전사 공정의 공정 오차를 고려할 때, 화소 크기를 줄이기에 한계가 있고, 따라서 이러한 방식으로는 PPI를 높이는데 어려움이 있다.
반면에, 본 실시예에 따른 제조공정에서는 제1 내지 제3 발광소자들(141, 142, 143)이 각기 공간적으로 분리된 제1 내지 제3 영역(R1, R2, R3)에 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123) 단위로 전사된다. 제1 내지 제3 발광소자들(141, 142, 143)은 개별 칩별로 분리될 필요가 없고, 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123) 단위로 전사하기에, 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)의 크기와 피치를 작게 할 수 있으며, 따라서 본 실시예에 따른 제조공정은 PPI를 높이는데 용이하다.
상기와 같이 개시된 디스플레이 패널 및 이를 채용한 디스플레이 장치는 서브화소들이 원색 별로 공간 분리된 화소 레이아웃(pixel layout)을 통해 공정 기술의 한계를 극복할 수 있다.
도 2 및 도 3a 내지 도 3e는 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)을 구성하는 제1 내지 제3 발광소자들(141, 142, 143) 자체가 각각 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에 따른 디스플레이 패널(200)은 색변환 방식을 이용할 수도 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(200)의 개략적인 구조를 도시한다. 본 실시예의 디스플레이 패널(200)은 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)을 구성하는 제1 내지 제3 발광소자들(241, 242, 243)이 색변환 방식을 이용한다는 점을 제외하고는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 디스플레이 패널(100)와 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 제1 발광소자들(241)은 기판(110)상의 제1 영역(R1)에 배열되는 여기광 마이크로 LED 칩들(220)과 여기광 마이크로 LED 칩들(220)에서 방출되는 여기광을 흡수하고 제1 원색 파장의 광을 방출하는 제1 색변환층(231)을 포함한다. 이러한 제1 발광소자들(241)은 제1 서브화소들(131)로 이해될 수 있으며, 제1 서브화소 어레이(121)를 구성한다.
제2 발광소자들(242)은 기판(110)상의 제2 영역(R2)에 배열되는 여기광 마이크로 LED 칩들(220)과 여기광 마이크로 LED 칩들(220)에서 방출되는 여기광을 흡수하고 제2 원색 파장의 광을 방출하는 제2 색변환층(232)을 포함한다. 이러한 제2 발광소자들(242)은 제2 서브화소들(132)로 이해될 수 있으며, 제2 서브화소 어레이(122)를 구성한다.
제3 발광소자들(243)은 기판(110)상의 제3 영역(R3)에 배열되는 여기광 마이크로 LED 칩들(220)과 여기광 마이크로 LED 칩들(220)에서 방출되는 여기광을 흡수하고 제3 원색 파장의 광을 방출하는 제3 색변환층(233)을 포함한다. 이러한 제3 발광소자들(243)은 제3 서브화소들(133)로 이해될 수 있으며, 제3 서브화소 어레이(123)를 구성한다.
여기광 마이크로 LED 칩들(220)의 상부에는 투명층(235)이 배치되고, 투명층(235)의 상부에 제1 내지 제3 색변환층(231, 232, 233)이 마련될 수 있다. 투명층(235)은 여기광에 대해 투명한 층이다. 상부 격벽(236)에 의해 제1 내지 제3 색변환층(231, 232, 233)들은 서브화소별로 분리된다. 도 4에는 여기광 마이크로 LED 칩들(220)의 사이가 빈 공간으로 도시되고 있으나, 격벽(미도시)이 마련될 수 있음은 물론이다.
일 실시예에서 여기광 마이크로 LED 칩들(220)은 자외선광을 방출하며, 제1 내지 제3 색변환층(231, 232, 233)은 각각 자외선광을 흡수하여 적색광, 녹색광 및 청색광을 방출할 수 있다. 이러한 제1 내지 제3 색변환층(231, 232, 233)은 색변환물질로서 양자점을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 여기광 마이크로 LED 칩들(220)은 청색광을 방출하며, 제1 및 제2 색변환층(231, 232)은 각각 청색광을 흡수하여 적색광 및 녹색광을 각각 방출할 수 있다. 이 경우, 제3 색변환층(233)은 청색광에 대해 투명한 물질로 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5f는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(200)의 제조공정을 도시하는 도면이다.
도 5a에 도시된 바와 같이 먼저 여기광 마이크로 LED 칩들(220)을 기판(110) 상에 마련한다. 일 실시예에서 여기광 마이크로 LED 칩들(220)은 별도의 성장 기판상에 질화물 반도체로 에피텍셜 성장하고 n/p 전극을 형성함으로서 제조되고, 화소 회로가 형성된 기판(110) 상에 전사될 수 있다. 일 실시예에서 여기광 마이크로 LED 칩들(220)은 기판(110) 상에 직접 에피텍셜 성장할 수도 있다. 여기광 마이크로 LED 칩들(220)의 사이가 빈 공간에 격벽을 형성할 수도 있다.
다음으로 도 5b와 같이 투명층(235)을 배치하고, 도 5c와 같이 상부 격벽(236)을 형성한다. 상부 격벽(236)은 투명층(235)의 평면상에서 볼 때 격자 모양으로 형성되며, 상부 격벽(236)으로 분리된 공간은 하나의 서브화소를 정의한다. 투명층(235)의 상부의 상부 격벽(236)으로 분리된 공간에는 제1 내지 제3 색변환층(231, 232, 233)을 순차적으로 형성한다. 예를 들어, 도 5d에 도시되듯이, 투명층(235)의 상부의 제1 영역(R1)상에 제1 색변환층 물질(2311)을 잉크젯 프링팅이나 그밖의 공지의 방법을 통해 도포함으로써, 제1 색변환층(231)을 형성한다. 마찬가지로, 도 5e에 도시되듯이, 투명층(235)의 상부의 제2 영역(R2)상에 제2 색변환층 물질(2321)을 도포함으로써 제1 색변환층(231)을 형성하고, 도 5f에 도시되듯이, 투명층(235)의 상부의 제3 영역(R3)상에 제3 색변환층 물질(2313)을 도포함으로써 제3 색변환층(233)을 도포한다.
제1 내지 제3 영역(R1, R2, R3)은 공간적으로 분리되어 있으므로, 동일 색변환층 물질을 동일 영역에 일괄적으로 도포할 수 있고, 이러한 점은 서로 다른 색변환층이 번갈아 배열되는 종래의 디스플레이 패널에서의 제조 공정상의 한계를 극복하게 할 수 있게 한다. 달리 말하면, 제1 내지 제3 색변환층(231, 232, 233) 각각을 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123)의 면적 단위로 형성할 수 있으므로, 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)의 크기와 피치를 작게 할 수 있으며, 결과적으로 PPI를 높일 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 서브화소 배치를 개략적으로 도시하는 평면도이다. 본 실시예는 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123) 사이의 제1 및 제2 간격(P1, P2)를 제외하고는 도 1 내지 도 5f를 참조하여 설명한 실시예들와 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다. 제1 서브화소 어레이(121)와 제2 서브화소 어레이(122) 사이의 제1 간격(P1) 및 제2 서브화소 어레이(122)와 제3 서브화소 어레이(123) 사이의 제2 간격(P2)은 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)의 피치(Ps)보다 클 수 있다. 일 실시예에서 제1 간격(P1)과 제2 간격(P2)은 같은 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 및 제2 간격(P1, P2)은, 서로 다른 원색 화상을 결합하는 결합 광학계의 색분리 마진(color separation margin)을 확보할 수 있도록 충분한 크기로 설계될 수 있다. 일 실시예에서 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123)는 나란히 이웃하여 위치할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 7은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(300)의 측면도이다. 도 7을 참조하면, 일 실시예에서 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)을 구성하는 제1 내지 제3 발광 소자들(241, 242, 243)은. 백 라이트 없이 스스로 빛을 내는 초소형 무기 발광물질을 포함하는 마이크로 LED 칩 자체일 수 있다. 제1 내지 제3 발광 소자들(241, 242, 243)은 기판(110)상에 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123) 단위로 전사되며, 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123)는 제1 및 제2 간격(P1, P2)에 대응되는 이격 공간(381, 382)을 사이에 두고 위치한다.
도 8은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(500)의 측면도이다. 도 8을 참조하면, 일 실시예에서 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)을 구성하는 제1 내지 제3 발광 소자들(241, 242, 243)은 색변환 방식을 이용할 수도 있다. 여기광 마이크로 LED 칩들(220)은 기판(110) 상에 제1 및 제2 간격(P1, P2)에 대응되는 이격 공간을 사이에 두고 배치될 수도 있다. 마찬가지로, 제1 내지 제3 색변환층(231, 232, 233)은 투명층(235) 상에 제1 및 제2 간격(P1, P2)에 대응되는 이격 공간(481, 482)을 사이에 두고 배치될 수도 있다. 제1 및 제2 간격(P1, P2)에 대응되는 이격 공간(481, 482)은 제1 내지 제3 색변환층(231, 232, 233)의 형성 공정에서 색분리 마진을 충분히 확보할 수 있게 한다.
도 1 내지 도 8을 참조한 실시예들에서 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123)의 상부에는 광학필름이 부착되거나 광학렌즈가 배치될 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(500)의 개략적인 구조를 도시한다. 도 9를 참조하면, 디스플레이 패널(500)은 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)에서 방출되는 광을 평행광속으로 시준(collimating)하는 마이크로렌즈 어레이 유닛(530)을 더 포함할 수 있다. 마이크로렌즈 어레이 유닛(530)는 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123)의 상부에 배치되는 광학렌즈의 일 예이며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 실시예는 마이크로렌즈 어레이 유닛(530)을 더 포함한다는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 8을 참조한 실시예와 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
마이크로렌즈 어레이 유닛(530)은 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123)의 출사면에 인접하여 위치하는 제1 내지 제3 마이크로렌즈 어레이(531, 532, 533)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123)는 각기 서로 다른 제1 내지 제3 원색 화상의 광을 방출하므로, 제1 내지 제3 마이크로렌즈 어레이(531, 532, 533)는 각각의 원색 파장대역에 적합하게 곡면이 설계될 수 있다. 종래의 화소 레이아웃에서는 적색 서브화소, 녹색 서브화소 및 청색 서브화소가 인접하게 배치되어 하나의 화소를 이루는데, 각각의 서브화소의 크기는 매우 작으므로 각각의 서브화소에 적합하게 마이크로렌즈 어레이를 제조하고 이를 각각의 서브화소에 매칭되게 배치하는 것이 곤란하였다. 반면에 본 실시예의 디스플레이 패널(500)은 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123)가 공간적으로 분리되어 있으므로, 제1 내지 제3 마이크로렌즈 어레이(531, 532, 533)를 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123)의 각 원색에 맞게 제조하고 배치하는 것이 용이하다.
도 9에 도시된 마이크로렌즈 어레이 유닛(530)은 제1 내지 제3 마이크로렌즈 어레이(531, 532, 533)끼리 서로 밀착되어 있어 있으나, 제1 내지 제3 마이크로렌즈 어레이(531, 532, 533)는 서로 이격되어 있을 수도 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 단색 마이크로 LED 소자(600)의 구조를 개략적으로 도시하는 측단면도이다. 본 실시예의 단색 마이크로 LED 소자(600)는 전술한 실시예들의 디스플레이 패널(100, 200, 300, 400)의 발광 소자에 적용될 수 있을 것이다.
도 10을 참조하면, 단색 마이크로 LED 소자(600)는 기판(610)상에 마련된 마이크로 LED 칩(620), 마이크로 LED 칩(620)을 이웃하는 칩과 분리하는 격벽(630) 및 마이크로 LED 칩(620)에서 방출되는 여기광(Le)을 흡수하여 원색 파장의 대역으로 변환된 변환광(Lc)을 방출하는 제1 및 제2 색변환층(641, 642)을 포함할 수 있다.
마이크로 LED 칩(620)은 백 라이트 없이 스스로 빛을 내는 초소형 무기 발광물질을 포함한다. 마이크로 LED 칩(620)은 가로, 세로, 높이가 각각 1㎛~100㎛일 수 있다. 무기 발광물질에 따라 마이크로 LED 칩(620)에서 방출되는 여기광(Le)의 파장 대역이 결정될 수 있다. 마이크로 LED 칩(620)에서 방출되는 여기광(Le)은 청색광 또는 자외선 광일 수 있다.
마이크로 LED 칩(620)은 에피 공정 등을 통해 웨이퍼(성장기판) 상에서 칩 형태로 다수로 성장하여 제조된다. 이렇게 제조된 마이크로 LED 칩(620)은 기판(610) 상에 전사될 수 있다.
격벽(630)은 서브화소들(예를 들어, 도 1의 131) 사이에 위치하여 서브화소들 간의 크로스토크를 방지한다. 달리 말하면, 격벽(630)으로 분리된 공간은 하나의 서브화소를 정의한다. 도 10에는 격벽(630)으로 분리된 공간에 하나의 마이크로 LED 칩(620)이 배치된 구성을 도시하고 있으나, 2개 또는 그 이상의 마이크로 LED 칩(620)이 격벽(630)으로 분리된 공간에 배치될 수도 있다.
마이크로 LED 칩(620) 상부에는 제1 및 제2 색변환층(641, 642)이 위치한다. 제1 색변환층(641)은 마이크로 LED 칩(620)에 상대적으로 가까운 층으로 도 10의 도면을 기준으로 하부층으로 이해될 수 있다. 제2 색변환층(642)은 마이크로 LED 칩(620)에 상대적으로 먼 층으로 도 10의 도면을 기준으로 상부층으로 이해될 수 있다. 제2 색변환층(642)의 상부에는 제1 및 제2 색변환층(641, 642)에서 변환된 변환광(Lc)의 파장대역을 통과대역으로 갖는 대역통과필터(650)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 변환광(Lc)이 적색광인 경우, 대역통과필터(650)는 적색 파장을 통과대역으로 할 수 있다. 변환광(Lc)이 녹색광인 경우, 대역통과필터(650)는 녹색 파장을 통과대역으로 할 수 있다.
제1 및 제2 색변환층(641, 642)은 여기광(Le)을 흡수하여 원색 파장의 대역으로 변환된 변환광(Lc)을 방출하는 양자점들을 포함한다.
양자점은 가시 및 적외 스펙트럼에 걸쳐 광을 방출하도록 튜닝될 수 있는 반도체 나노결정이다. 1 내지 100 nm, 더 통상적으로 1 내지 20 nm의 작은 크기로 인해, 방출되는 광의 파장, 즉 색상은 양자점의 크기에 의존적일 수 있다. 일 실시예에서, 여기광(Le)은 청색광일 수 있으며 양자점은 청색광을 흡수하여 적색광을 방출하는 크기를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 여기광(Le)은 청색광일 수 있으며 양자점은 청색광을 흡수하여 녹색광을 방출하는 크기를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 여기광(Le)은 자외선광일 수 있으며 양자점은 자외선광을 흡수하여 적색광을 방출하는 크기를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 여기광(Le)은 자외선광일 수 있으며 양자점은 자외선광을 흡수하여 녹색광을 방출하는 크기를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 여기광(Le)은 자외선광일 수 있으며 양자점은 자외선광을 흡수하여 청색광을 방출하는 크기를 가질 수 있다.
제1 색변환층(641)에 함유된 양자점과 제2 색변환층(642)에 함유된 양자점은 동일한 나노결정이되, 제1 색변환층(641)에서의 양자점의 밀도(이하, 제1 양자점 밀도)가 제2 색변환층(642)에서의 양자점 밀도(이하, 제2 양자점 밀도)는 서로 다르다.
일 실시예에서 제1 색변환층(641)의 제1 양자점 밀도가 제2 색변환층(642)의 제2 양자점 밀도보다 더 작을 수 있다.
제1 색변환층(641)의 양자점은 마이크로 LED 칩(620)에서 방출된 여기광(Le)의 일부를 흡수하고 변환광(Lc)을 방출한다. 제1 색변환층(641)에서 변환된 변환광(Lc) 중 상부로 향하는 광은 제2 색변환층(642)을 거쳐 단색 마이크로 LED 소자(600)의 상부로 방출되므로, 상부로 향하는 광 중 상당량은 제1 색변환층(641) 내의 다른 양자점과 제2 색변환층(642)의 양자점에 의해 재흡수되어 양자점의 흡수 효율을 떨어뜨릴 수 있다.
한편, 마이크로 LED 칩(620)에서 방출된 여기광(Le)의 다른 일부는 제1 색변환층(641)을 통과하여 제2 색변환층(642)으로 향한다. 제2 색변환층(642)의 양자점 역시 여기광(Le)의 일부를 흡수하고 변환광(Lc)을 방출한다. 제2 색변환층(642)에서 변환된 변환광(Lc) 중 상부로 향하는 광은 대부분 단색 마이크로 LED 소자(600)의 상부로 방출되며, 일부만이 제2 색변환층(642) 내의 다른 양자점에 의해 재흡수되어 양자점의 흡수 효율을 떨어뜨릴 수 있다.
상기와 같이 제2 색변환층(642)에서 변환된 변환광(Lc)과 비교하면 제1 색변환층(641)에서 변환된 변환광(Lc)이 좀 더 많이 양자점의 흡수 효율을 떨어뜨리는데 기여함을 알 수 있다. 따라서 본 실시예에서 제1 색변환층(641)의 제1 양자점 밀도를 제2 색변환층(642)의 제2 양자점 밀도보다 더 작게 함으로써, 동일양의 양자점을 갖는 단층 색변환층과 비교하여 양자점의 흡수 효율을 향상시킬 수 있다.
대역통과필터(650)의 상부에는 보호층(660)이 마련될 수 있다. 보호층(660)은 변환광(Lc)에 대해 투명한 재질로 형성되며, 외부 환경으로부터 제1 및 제2 색변환층(641, 642)에 함유된 양자점들을 보호한다.
도 10은 색변환층이 이중층 구조(즉, 제1 및 제2 색변환층(641, 642))인 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 색변환층은 서로 다른 양자점 밀도를 갖는 3층 이상의 구조를 가질 수 있음은 물론이다.
도 11은 일 실시예에 따른 단색 마이크로 LED 소자의 색변환층이 이중층(두께 10μm/10μm)인 경우에 있어서 하부층의 평균자유거리(Mean Free Path; MFP)에 따라 마이크로 LED 소자에서 방출되는 상대 방사 선속(relative(radiant flux)을 단일층인 비교예의 경우와 대비하여 보여주는 도표이다.
단색 마이크로 LED 소자의 색변환층 중 하부층(즉, 도 10에서 제1 색변환층(641)) 및 상부층(즉, 도 10에서 제2 색변환층(642))은 각각 10μm을 두께를 가진다. 상부층의 MFP는 0.02 mm이며, 하부층의 MFP를 0.02mm 에서 0.12mm로 변경하였다. MFP는 색변환층 내에서 광이 산란되기까지의 평균 자유 거리이므로, 색변환층 내의 양자점 밀도로 환산될 수 있다. 즉, 상부층의 MFP를 고정하고 하부층의 MFP를 점점 크게 변경하는 것은 상부층의 양자점 밀도를 고정하고 하부층의 양자점 밀도를 점점 작게 변경하는 것과 동등하게 해석될 수 있다. 즉, 도 9는 하부층의 양자점 밀도를 상부층의 양자점 밀도보다 작게 한 범위 내에서 상대 방사 선속이 0.5 Watt를 초과함을 보여준다.
한편, 비교예의 단색 마이크로 LED 소자는 단일층 구조의 색변환층을 갖는 경우로서, 두께가 10μm이고, 마찬가지로 MFP를 0.02mm 에서 0.12mm로 변경하였다. 이 결과, MFP가 0.02mm ~ 0.12mm의 대부분의 구간에서 비교예의 상대 방사 선속은 0.5 Watt 미만인 바, 일 실시예에 다른 이중층 구조의 색변환층의 방사 선속에 비해 낮음을 알 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 단색 마이크로 LED 소자의 색변환층이 이중층(두께 2.5μm/2.5μm)인 경우에 있어서 하부층의 MFP에 따라 마이크로 LED 소자에서 방출되는 상대 방사 선속을 단일층인 비교예의 경우와 대비하여 보여주는 도표이다.
일 실시예에 따른 단색 마이크로 LED 소자의 색변환층 중 하부층 및 상부층은 각각 2.5μm을 두께를 가지고 있다. 상부층의 MFP는 0.02 mm이며, 하부층의 MFP를 0mm 에서 0.1mm로 변경하였다. 도 12는 하부층의 양자점 밀도를 상부층의 양자점 밀도보다 작게 한 범위 내에서 상대 방사 선속이 0.3 Watt 이상임을 보여준다.
한편, 비교예의 단색 마이크로 LED 소자는 단일층 구조의 색변환층을 갖는 경우로서, 두께가 5μm이고, 마찬가지로 MFP를 0mm 에서 0.1mm로 변경하였다. 이 결과, MFP가 0mm ~ 0.1mm의 대부분의 구간에서 비교예의 상대 방사 선속이 일 실시예에 다른 이중층 구조의 색변환층의 방사 선속에 비해 낮음을 알 수 있다.
도 11 및 도 12에서와 같이, 일 실시예에 따라 단색 마이크로 LED 소자가 이중층 구조의 색변환층을 가지며, 하부층의 양자점 밀도를 상부층의 양자점 밀도보다 작게 한 경우, 단일층의 색변환층을 갖는 비교예의 단색 마이크로 LED 소자에 비해 높은 방사 선속을 가짐(달리 말하면, 색변환효율이 높음)을 알 수 있다. 도 11 및 도 12에서 설명된 이중층 구조의 색변환층을 갖는 단색 마이크로 LED 소자는 도 10을 참조하여 설명한 단색 마이크로 LED 소자(600)로 이해될 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 단색 마이크로 LED 소자(700)의 구조를 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 13을 참조하면, 단색 마이크로 LED 소자(700)는 격벽(730)이 여기광(Le)에 대해 반사성을 가진다는 점을 제외하고는 도 10을 참조하여 설명한 단색 마이크로 LED 소자(600)와 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
격벽(730)은 여기광(Le)에 대해 반사성 재질로 형성되거나 반사성 재질로 코팅되어 있을 수 있다. 격벽(730)은 제1 및 제2 색변환층(641, 642)에 의해 변환된 변환광(Lc)에 대해서도 반사성을 가질 수 있다.
마이크로 LED 칩(620)에서 방출된 여기광(Le)의 적어도 일부는 격벽(730)을 향하게 되므로, 격벽(730)이 여기광(Le)에 대해 반사성을 가지도록 함으로써 격벽(730)을 향하는 여기광(Le)을 다시 제1 및 제2 색변환층(641, 642)로 되돌려 제1 및 제2 색변환층(641, 642)에서의 광흡수 효율을 증대시킬 수 있다. 달리 말하면, 개시된 디스플레이 패널 및 이를 채용한 디스플레이 장치는 반사형 격벽 구조를 이용하여 양자점으로 흡수되는 여기광의 비율을 높일 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 단색 마이크로 LED 소자(800)의 구조를 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 14를 참조하면, 단색 마이크로 LED 소자(800)는 제2 색변환층(642)의 상부에 마련된 제1 이색미러층(850)과 제1 색변환층(641)의 하부에 마련된 제2 이색미러층(860) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 본 실시예의 단색 마이크로 LED 소자(800)는 제1 및 제2 이색미러층(850, 860)을 포함한다는 점을 제외하고는 도 10 또는 도 13을 참조하여 설명한 단색 마이크로 LED 소자(600, 700)와 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
제1 이색미러층(850)은 도 10을 참조하여 설명한 단색 마이크로 LED 소자(600)의 대역통과필터(650)를 대체하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 이색미러층(850)은 제1 및 제2 색변환층(641, 642)에서 변환된 변환광(Lc)을 통과시키되, 여기광(Le)은 반사시키는 층이다. 예를 들어, 변환광(Lc)이 적색광인 경우, 제1 이색미러층(850)은 적색광을 통과시키고 여기광(Le)은 반사시킨다. 변환광(Lc)이 녹색광인 경우, 제1 이색미러층(850)은 녹색광을 통과시키고 여기광(Le)은 반사시킨다. 제2 색변환층(642)을 통과하여 단색 마이크로 LED 소자(800)의 상부로 향하는 여기광(Le)을 다시 제1 및 제2 색변환층(641, 642)로 되돌려 제1 및 제2 색변환층(641, 642)에서의 광흡수 효율을 증대시킬 수 있다.
제2 이색미러층(860)은 제1 및 제2 색변환층(641, 642)에서 변환된 변환광(Lc)을 반사시키되, 여기광(Le)은 통과시키는 층이다. 예를 들어, 변환광(Lc)이 적색광인 경우, 제2 이색미러층(860)은 적색광을 반사시키고 여기광(Le)은 통과시킨다. 변환광(Lc)이 녹색광인 경우, 제2 이색미러층(860)은 녹색광을 반사시키고 여기광(Le)은 통과시킨다. 제2 이색미러층(860)은 제1 색변환층(641)에서 변환된 변환광(Lc) 중 하방으로 향하는 광을 반사시켜 상방으로 향하게 함으로써, 방출되는 변환광(Lc)의 광량을 증대시킬 수 있다. 달리 말하면, 개시된 디스플레이 패널 및 이를 채용한 디스플레이 장치는 이색미러 구조를 이용하여 양자점으로 흡수되는 여기광의 비율을 높일 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(900)를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 15를 참조하면, 디스플레이 장치(900)는 디스플레이 패널(910)과 결합 광학계(920)를 포함한다.
디스플레이 패널(910)은 전술한 실시예들의 디스플레이 패널(100, 200, 300, 400, 500) 중 어느 하나일 수 있다.
결합 광학계(920)는 디스플레이 패널(910)의 제1 서브화소 어레이(911)에서 출력된 제1 원색 화상에 해당하는 제1 광(L1)과, 제2 서브화소 어레이(912)에서 출력된 제2 원색 화상에 해당하는 제2 광(L2)과, 제3 서브화소 어레이(913)에서 출력된 제3 원색 화상에 해당하는 제3 광(L3)을 결합하여 하나의 풀-컬러의 화상을 형성하는 광학부재로서, 렌즈, 반사, 미러 등으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 서브화소 어레이(911)는 적색 화상을 형성하고, 제2 서브화소 어레이(912)는 녹색 화상을 형성하고, 제3 서브화소 어레이(913)는 청색 화상을 형성하며, 결합 광학계(920)에 의해 적색, 녹색 및 청색 화상이 중첩되어 하나의 풀-컬러의 화상으로 결합될 수 있다.
결합 광학계(920)는 투영 렌즈(미도시)를 더 포함하여, 디스플레이 장치(900)가 투사형(projection type)으로 기능하도록 할 수 있다.
도 16은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1000)를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 16을 참조하면, 디스플레이 장치(1000)는 디스플레이 패널(1010)과, 디스플레이 패널(1010)에서 방출된 제1 내지 제3 광을 결합하여 가이드하는 이미지 컴바이너를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치(1000)는 디스플레이 패널(1010)에서 방출된 제1 내지 제3 광(L1, L2, L3)을 평행광속으로 시준하는 마이크로렌즈 어레이(도 9의 530 참조)와 같은 시준 광학계(1020)를 더 포함할 수 있다.
이미지 컴바이너는 제1 내지 제3 웨이브가이드(1031, 1032, 1033)과, 제1 내지 제3 입력 커플러(1041, 1042, 1043)와, 제1 내지 제3 출력 커플러(1051, 1052, 1053)를 포함할 수 있다. 이미지 컴바이너는 제1 내지 제3 광을 결합하여 풀-컬러 화상을 만드는 결합 광학계의 일 예로 이해될 수 있다.
제1 내지 제3 웨이브가이드(1031, 1032, 1033)는 제1 내지 제3 광(L1, L2, L3)에 대해 투명한 재질로 형성되며, 서로 이격되어 있을 수 있다. 제1 내지 제3 웨이브가이드(1031, 1032, 1033) 사이에는 스페이서(미도시)가 개재되어 있을 수 있다. 제1 내지 제3 웨이브가이드(1031, 1032, 1033)는 각각 제1 내지 제3 광(L1, L2, L3)을 내부 전반사로 전파시킨다.
제1 내지 제3 입력 커플러(1041, 1042, 1043)와 제1 내지 제3 출력 커플러(1051, 1052, 1053)는 예를 들어 회절 광학 소자(Diffractive optical element: DOE)나 홀로그래픽 광학 소자(Holographic optical element: HOE)일 수 있다.
제1 입력 커플러(1041)는 제1 웨이브가이드(1031)의 제1 서브화소 어레이(1011)와 대향되게 위치하며, 제1 광(L1)을 제1 웨이브가이드(1031)에 결합(즉, 입력)시킨다. 제1 웨이브가이드(1031)에서 제1 입력 커플러(1041)가 마련되는 면은 제1 서브화소 어레이(1011)와 대면하는 면 또는 제1 서브화소 어레이(1011)와 대변하는 면의 반대면일 수 있으며 또는 제1 입력 커플러(1041)는 제1 웨이브가이드(1031)의 내부에 위치할 수도 있다.
제2 입력 커플러(1042)는 제2 웨이브가이드(1032)의 제2 서브화소 어레이(1012)와 대향되게 위치하며, 제2 광(L2)을 제2 웨이브가이드(1032)에 결합(즉, 입력)시킨다. 제2 웨이브가이드(1032)에서 제2 입력 커플러(1042)가 마련되는 면은 제2 서브화소 어레이(1012)와 대면하는 면 또는 제2 서브화소 어레이(1012)와 대변하는 면의 반대면일 수 있으며 또는 제2 입력 커플러(1042)는 제2 웨이브가이드(1032)의 내부에 위치할 수도 있다.
제3 입력 커플러(1043)는 제3 웨이브가이드(1033)의 제3 서브화소 어레이(1013)와 대향되게 위치하며, 제3 광(L3)을 제3 웨이브가이드(1033)에 결합(즉, 입력)시킨다. 제3 웨이브가이드(1033)에서 제3 입력 커플러(1043)가 마련되는 면은 제3 서브화소 어레이(1013)와 대면하는 면 또는 제3 서브화소 어레이(1013)와 대변하는 면의 반대면일 수 있으며 또는 제3 입력 커플러(1043)는 제3 웨이브가이드(1033)의 내부에 위치할 수도 있다.
제1 내지 제3 출력 커플러(1051, 1052, 1053)는 제1 내지 제3 웨이브가이드(1031, 1032, 1033)의 출력 영역에 각각 마련되며, 제1 내지 제3 광(L1, L2, L3)을 타겟 영역으로 출력시킨다. 타겟 영역은 사용자의 아이 모션 박스일 수 있으며, 이 경우 디스플레이 장치(1000)는 증강현실 장치나 가상현실 장치와 같은 근안(near-eye) 디스플레이 장치일 수 있다. 이미지 컴바이너는 실제 환경(real word)의 광을 제1 내지 제3 웨이브가이드(1031, 1032, 1033)의 두께 방향으로 투과시킬 수 있다. 이미지 컴바이너가 디스플레이 패널(1010)에서 방출되는 가상 이미지의 광과 실제 환경의 광을 결합하는 경우 디스플레이 장치(1000)는 증강현실 장치로 이해될 수 있다.
일 실시예에서 제1 서브화소 어레이(1011)에서 방출된 제1 광(L1)이 제1 웨이브가이드(1031)에 도달하는 동안 제2 및 제3 웨이브가이드(1032, 1033)를 경유하지 않도록, 도 16에 도시되듯이 제2 및 제3 웨이브가이드(1032, 1033)의 제1 서브화소 어레이(1011)와 대변하는 일부가 제거되거나 관통 구멍이 형성될 수 있다. 유사하게 제2 서브화소 어레이(1012)에서 방출된 제2 광(L2)이 제2 웨이브가이드(1032)에 도달하는 동안 제3 웨이브가이드(1033)를 경유하지 않도록, 제3 웨이브가이드(1033)의 제2 서브화소 어레이(1012)와 대면하는 일부가 제거되거나 관통 구멍이 형성될 수 있다. 제1 내지 제3 웨이브가이드(1031, 1032, 1033)의 제1 내지 제3 광(L1, L2, L3)이 입력하는 영역쪽이 단차된 형상을 지닐 수도 있다. 즉, 제2 웨이브가이드(1032)는 제1 서브화소 어레이(1011)와 대면하는 영역을 가지지 않고, 제3 웨이브가이드(1033)는 제1 및 제2 서브화소 어레이(1011, 1012)와 대면하는 영역을 가지지 않도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서 제1 내지 제3 웨이브가이드(1031, 1032, 1033)는 형상 변경없이 적층되어 가령 제1 광(L1)이 제2 및 제3 웨이브가이드(1032, 1033)을 통과한 후 제1 웨이브가이드(1031)에 도달하도록 할 수도 있다.
일 실시예에서는 이미지 컴바이너는 하나의 웨이브가이드만을 가지고, 하나의 웨이브가이드 내에서 제1 내지 제3 광(L1, L2, L3)을 가이드할 수도 있다.
도 17은 일 실시예에 따른 증강현실 장치(Augmented Reality Device)(1100)를 개략적으로 도시한다. 도 17을 참조하면, 증강현실 장치(1100)는 증강현실 안경(Augmented Reality Glasses)일 수 있다.
증강현실 장치(1100)는 도 16을 참조하여 설명한 디스플레이 장치(1000)를 좌안 소자 및 우안 소자로 사용할 수 있다.
증강현실 장치(1100)는 디스플레이 패널(1120)과 이미지 컴바이너(1110)를 더 포함할 수 있다. 이미지 컴바이너(1110)는 프레임(1190)에 고정될 수 있다. 디스플레이 패널(1120)은 사용자 머리의 관자놀이 부근에 위치하고 프레임(1190)에 고정될 수 있다. 디스플레이 패널(1120)을 위한 정보 처리 및 이미지 형성은, 증강현실 장치 자체의 컴퓨터에서 직접 이루어지거나, 증강현실 장치가 스마트 폰, 태블릿, 컴퓨터, 노트북, 기타 모든 지능형(스마트) 디바이스 등과 같은 외부 전자 디바이스에 연결되어 외부 전자 디바이스에서 이루어질 수 있다. 증강현실 장치와 외부 전자 디바이스 간의 신호 전송은 유선 통신 및/또는 무선 통신을 통해 수행될 수 있다. 증강현실 장치는 내장된 전원(충전식 배터리)과 외부 디바이스 및 외부 전원 중 적어도 어느 하나에서 전원을 공급받을 수 있다.
이미지 컴바이너(1110)의 입력-커플러(1130)는 웨이브가이드(도 16의 1031, 1032, 1033 참조)의 디스플레이 패널(1120)에 대향되는 면이나 그 이면에 위치하여 디스플레이 패널(1120)에서 출력되는 광을 웨이브가이드로 입력시킨다. 웨이브가이드는 입력된 광을 출력-커플러(도 16의 1051, 1052, 1053) 쪽으로 가이드하며, 출력-커플러를 통해 타겟 영역으로 출력한다. 이때, 타겟 영역은 사용자의 아이 모션 박스일 수 있다.
도 17에는 이미지 컴바이너(1110) 및 디스플레이 패널(1120)이 좌측 및 우측 각각에 마련된 경우를 도시하고 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에서 이미지 컴바이너(1110) 및 디스플레이 패널(1120)은 좌측 및 우측 중 어느 한 쪽에 마련될 수도 있다. 일 실시예에서 이미지 컴바이너(1110)는 좌측 및 우측 전체를 걸쳐 마련되고, 디스플레이 패널(1120)은 좌우측 공용으로 마련되거나, 좌측 및 우측 각각에 대응되게 마련될 수도 있다.
본 개시에서 디스플레이 장치가 증강현실 안경에 적용된 예를 중심으로 설명하였으나, 가상현실을 표현할 수 있는 가상현실 장치 그리고 해드업디스플레이 (HUD) 장치에 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하게 이해될 수 있을 것이다.
도 18은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1200)를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 18을 참조하면, 디스플레이 장치(1200)는 디스플레이 패널(1210)과, 엑스 큐브 프리즘(1220)과, 제1 및 제2 반사부재(1231, 1232)를 포함한다.
디스플레이 패널(1210)은 전술한 실시예들의 디스플레이 패널(100, 200, 300, 400, 500) 중 어느 하나일 수 있다.
엑스 큐브 프리즘(1220)과, 제1 및 제2 반사부재(1231, 1232)는 결합 광학계의 구체적인 예로 이해될 수 있다.
제1 및 제2 반사부재(1231, 1232)는 미러 또는 프리즘일 수 있다. 제1 반사부재(1231)는 디스플레이 패널(1210)의 제1 서브화소 어레이(1211)에서 출력된 제1 원색 화상에 해당하는 제1 광(L1)이 엑스 큐브 프리즘(1220)의 제1 면을 향하도록 제1 광(L1)의 광경로를 변경한다. 제2 반사부재(1232)는 디스플레이 패널(1210)의 제3 서브화소 어레이(1213)에서 출력된 제3 원색 화상에 해당하는 제3 광(L3)이 엑스 큐브 프리즘(1220)의 상기 제1 면에 대향되는 제2 면을 향하도록 제3 광(L3)의 경로를 변경한다.
엑스 큐브 프리즘(1220)은 그 내부에 이색미러층들이 마련된 큐빅 형상의 공지의 광학 소자로서, 서로 다른 파장의 제1 내지 제3 광(L1, L3)의 경로를 결합한다. 구체적으로, 엑스 큐브 프리즘(1220)은 상기 제1 및 제2 면과 다른 제3 면이 제2 서브화소 어레이(1212)와 마주 보도록 배치된다. 엑스 큐브 프리즘(1220)은 제2 서브화소 어레이(1212)에서 출력된 제2 원색 화상에 해당하는 제2 광(L2)은 그대로 통과시키고, 제1 광(L1)과 제3 광(L3)을 상기 제2 광(L2)과 같은 방향으로 반사시켜, 제1 내지 제3 광(L1, L2, L3)이 결합되어 하나의 풀-컬러의 화상을 형성하도록 한다. 예를 들어, 제1 서브화소 어레이(1211)는 적색 화상을 형성하고, 제2 서브화소 어레이(1212)는 녹색 화상을 형성하고, 제3 서브화소 어레이(1213)는 청색 화상을 형성하며, 엑스 큐브 프리즘(1220)에 의해 적색, 녹색 및 청색 화상이 중첩되어 하나의 풀-컬러의 화상으로 결합될 수 있다.
도 19는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 19를 참조하면, 디스플레이 장치(1300)는 디스플레이 패널(1310)과, 제1 내지 제3 렌즈(1321, 1322, 1323)를 포함한다.
디스플레이 패널(1310)은 전술한 실시예들의 디스플레이 패널(100, 200, 300, 400, 500) 중 어느 하나일 수 있다.
제1 렌즈(1321)는 디스플레이 패널(1310)의 제1 서브화소 어레이(1311)에서 출력된 제1 원색 화상에 해당하는 제1 광(L1)을 스크린(S)으로 투사시킨다.
제2 렌즈(1322)는 디스플레이 패널(1310)의 제2 서브화소 어레이(1312)에서 출력된 제2 원색 화상에 해당하는 제2 광(L2)을 스크린(S)으로 투사시킨다.
제3 렌즈(1323)는 디스플레이 패널(1310)의 제3 서브화소 어레이(1313)에서 출력된 제3 원색 화상에 해당하는 제3 광(L3)을 스크린(S)으로 투사시킨다.
제1 내지 제3 렌즈(1321, 1322, 1323)는 디스플레이 패널(1310)에서 방출된 제1 내지 제3 광(L1, L2, L3)을 하나의 스크린(S)에 중첩되게 투영하는 광학 부재로서 결합 광학계의 구체적인 예로 이해될 수 있다.
제1 내지 제3 렌즈(1321, 1322, 1323)에 의해 제1 내지 제3 원색 화상은 스크린(S)에 중첩되게 투사됨으로써 스크린(S) 상에 풀-컬러의 화상아 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 서브화소 어레이(1311)는 적색 화상을 형성하고, 제3 서브화소 어레이(1312)는 녹색 화상을 형성하고, 제3 서브화소 어레이(1313)는 청색 화상을 형성하며, 제1 내지 제3 렌즈(1321, 1322, 1323)에 의해 적색, 녹색 및 청색 화상이 스크린(S) 상에 중첩되어 하나의 풀-컬러의 화상으로 결합될 수 있다.
전술한 본 발명인 디스플레이 패널 및 이를 채용한 디스플레이 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 기판(110);
    상기 기판(110) 상의 제1 영역(R1)에 배열되어 제1 원색 화상을 형성하는 제1 서브화소들(131)을 포함하는 제1 서브화소 어레이(121);
    상기 기판(110) 상의 제2 영역(R2)에 배열되어 제2 원색 화상을 형성하는 제2 서브화소들(132)을 포함하는 제2 서브화소 어레이(122); 및
    상기 기판(110) 상의 제3 영역(R3)에 배열되어 제3 원색 화상을 형성하는 제3 서브화소들(133)을 포함하는 제3 서브화소 어레이(123)를 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 영역(R1, R2, R3)은, 상기 기판(110) 상의 동일한 면에서 공간적으로 분리되어 나란히 이웃하도록 구성되고,
    상기 제1 내지 제3 서브화소들(131, 132, 133)은, 동일 원색별로 그룹핑되어 각각 상기 제1 내지 제3 영역(R1, R2, R3)에서 상기 제1 내지 제3 서브화소 어레이(121, 122, 123로 패터닝되는,
    디스플레이 패널.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 서브화소 어레이와 상기 제2 서브화소 어레이 사이의 간격 및 상기 제2 서브화소 어레이와 상기 제3 서브화소 어레이 사이의 간격은 상기 제1 내지 제3 서브화소들의 피치와 같은,
    디스플레이 패널.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 서브화소 어레이와 상기 제2 서브화소 어레이 사이의 제1 간격 및 상기 제2 서브화소 어레이와 상기 제3 서브화소 어레이 사이의 제2 간격은 상기 제1 내지 제3 서브화소들의 피치보다 큰,
    디스플레이 패널.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 서브화소들 각각은 적어도 하나의 제1 원색 발광소자를 포함하며,
    상기 제2 서브화소들 각각은 적어도 하나의 제2 원색 발광소자를 포함하며,
    상기 제3 서브화소들 각각은 적어도 하나의 제3 원색 발광소자를 포함하는,
    디스플레이 패널.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 원색 발광소자는 각각 적색 마이크로 LED 소자, 녹색 마이크로 LED 소자 및 청색 마이크로 LED 소자인,
    디스플레이 패널.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 원색 발광소자는 여기광 마이크로 LED 소자와, 상기 여기광 마이크로 LED 소자 상에 마련되어 상기 여기광 마이크로 LED 소자에서 방출되는 여기광을 흡수하고 제1 원색의 광을 방출하는 제1 원색 색변환층을 포함하며,
    상기 제2 원색 발광소자는 여기광 마이크로 LED 소자와, 상기 여기광 마이크로 LED 소자 상에 마련되어 상기 여기광 마이크로 LED 소자에서 방출되는 여기광을 흡수하고 제2 원색의 광을 방출하는 제2 원색 색변환층을 포함하는,
    디스플레이 패널.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 여기광은 청색광이며,
    상기 제1 원색 색변환층은 청색광을 흡수하고 적색광을 방출하는 제1 양자점들을 포함하며,
    상기 제2 원색 색변환층은 청색광을 흡수하고 녹색광을 방출하는 제2 양자점들을 포함하는,
    디스플레이 패널.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 원색 색변환층은 제1 양자점 밀도가 서로 다른 복수의 제1 양자점 층들을 포함하는,
    디스플레이 패널.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 양자점 층들 중 상부 층의 제1 양자점 밀도가 상부 층의 제1 양자점 밀도보다 더 작은,
    디스플레이 패널.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 여기광은 자외선광이며,
    상기 제3 원색 발광소자는 자외선광 마이크로 LED 소자와, 상기 자외선광 마이크로 LED 소자 상에 마련되어 상기 자외선광 마이크로 LED 소자에서 방출되는 자외선광을 흡수하고 청색광을 방출하는 제3 원색 색변환층을 포함하는,
    디스플레이 패널.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제3 원색 색변환층은 자외선광을 흡수하고 청색광을 방출하는 제3 양자점들을 포함하는,
    디스플레이 패널.
  12. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 원색 발광소자는 상기 제1 원색 색변환층 상에 마련되어 상기 제1 원색 색변환층을 통과한 여기광을 상기 제1 원색 색변환층에 반사시키는 제1 이색미러층을 더 포함하는,
    디스플레이 패널.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 원색 발광소자는 상기 여기광 마이크로 LED 소자와 상기 제1 원색 색변환층 사이에 마련되어 상기 제1 원색 색변환층에서 변환되어 상기 여기광 마이크로 LED 소자 쪽으로 향하는 제1 원색의 광을 상기 제1 원색 색변환층에 반사시키는 제2 이색미러층을 더 포함하는,
    디스플레이 패널.
  14. 제4 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 원색 발광소자의 사이에는 반사성 격벽이 마련되는,
    디스플레이 패널.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항의 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널의 제1 서브화소 어레이에서 출력된 제1 원색 화상에 해당하는 제1 광과, 제2 서브화소 어레이에서 출력된 제2 원색 화상에 해당하는 제2 광과, 제3 서브화소 어레이에서 출력된 제3 원색 화상에 해당하는 제3 광을 결합하는 결합 광학계;를 포함하는,
    디스플레이 장치.
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